用于飞行器涡轮发动机的风扇的复合平台的制作方法

1.本发明涉及一种用于飞行器涡轮发动机的风扇的复合平台。

背景技术：

2.技术背景特别是包括文献ep-a1-3 536 909，us-a1-2019/277150，us-a1-2019/162119和ep-a1-2 985 366。
3.参考图1，其示出了飞行器涡轮发动机的风扇转子1的局部截面图，从现有技术中已知风扇转子1具有旋转轴线且包括风扇壳体、风扇盘2、风扇叶片3或桨叶，风扇叶片3或桨叶包括根部来作为保持装置，根部套设在所述盘2的外周中的空腔中。每个叶片3包括拱腹、拱背、前缘3a和后缘3b。
4.风扇转子1包括插入在风扇叶片3之间且附接到盘2的外周的平台4b。每个平台4b包括空气动力学外表面4c，空气动力学外表面4c沿着所述轴线基本上从叶片3的前缘3a延伸到后缘3b，该平台4b安装在前缘3a和后缘3b之间。
5.最后，转子1包括上游锥体13、上游罩14和下游罩15，两个罩14、15固定到风扇盘2。
6.这种风扇转子特别是从文献ep-a1-1 970 537中已知。
7.每个平台必须提供空气动力学功能作为其主要功能，以及提供对空气的流道的定义。
8.此外，每个平台必须满足所有操作条件，即，确保整个运行包线(例如，飞行器的飞行包线)的性能，确保安全要求，以及确保作为发动机的一部分的转子在商业用途方面的可用性。
9.就安全性而言，每个平台必须能够通过挤压其侧边缘来吸收大量能量，侧边缘沿着叶片的拱腹和相邻叶片的拱背延伸。
10.已知的是生产由复合材料制成的风扇叶片，复合材料在航空领域因其机械性能和与金属合金相比的质量提高而特别令人感兴趣。
11.平台通常由金属合金制成。然而，无法想到对复合叶片使用金属平台，原因是由于金属-复合材料接触，导致叶片的磨损和弱化的风险过大。
12.因此，已提出提供通过复合材料制作风扇平台。然而，目前已知的技术并不完全令人满意，特别是因为制造方法时间长、复杂，且牵涉到较高的生产成本。
13.本发明提出以简单、有效且经济的方式解决这些问题中的至少一些问题。

技术实现要素：

14.本发明涉及一种用于飞行器涡轮发动机的风扇的复合平台，复合平台包括细长形状的且构造成在两个风扇叶片之间延伸的壁，该壁包括空气动力学外表面和内表面，附接凸片位于内表面上且构造成附接到风扇盘，其特征在于，所述附接凸片与金属框架形成为一体件，金属框架包括板，该板具有细长形状且延伸超过壁的纵向范围的50％，该壁通过如下方式产生，所述方式为：在板上包覆模制树脂，使得板集成在壁中。
15.根据本发明的平台设计成在增加其刚度和其使用寿命的同时减小其质量。通过在框架(包括平台的附接凸片)上包覆模制树脂，使得制造相对简单。板集成在壁中且在壁的大部分长度上强化壁。因此，不存在特定的机械组装步骤，例如旋拧，这样简化制造且降低部件的制造成本。
16.根据本发明的平台可包括彼此单独地采用或者彼此组合地采用的以下特征中的一个或多个：
[0017]-板延伸到壁的上游端和下游端，
[0018]-壁包括弯曲的至少一个侧边缘，板包括被设置成相对于壁的侧边缘后移的至少一个侧边缘，
[0019]-壁包括凹形弯曲的侧边缘和凸形弯曲的相对的侧边缘，板包括被设置成相对于壁的侧边缘后移的两个侧边缘，
[0020]-板至少部分地涂覆有结合底漆，和/或壁的外表面至少部分地涂覆有阻尼层，
[0021]-树脂选自例如以下材料及其混合物：聚芳醚酮，聚醚酰亚胺，半芳香族聚酰胺和聚酰胺，
[0022]-树脂通过加强件来加强，加强件包括纤维，和/或可能包括至少一个预浸渍的搭接部，
[0023]-强化件从壁的内表面突出且由树脂制成，
[0024]-板包括外表面和连接到所述附接凸片的内表面，加强件在板的外表面和内表面的水平处延伸，或者甚至延伸到强化件中。
[0025]
本发明还涉及一种飞行器涡轮发动机，其特征在于，飞行器涡轮发动机包括风扇，风扇包括承载叶片的盘和如上所述的平台。
附图说明
[0026]
通过以下详细描述和作为非限制性示例给出的附图，本发明的其它特征、目标和优点将变得明显，在附图中：
[0027]
[图1]图1是根据现有技术的风扇转子的示意性轴向截面图，
[0028]
[图2]图2是图1的风扇转子的示意性透视图，
[0029]
[图3]图3是从上方或从外部看到的复合平台的示意性透视图，其不构成本发明的一部分，
[0030]
[图4]图4是沿着图3的线iv-iv的示意性截面图，
[0031]
[图5]图5是从下方或从内部看到的图3的平台的另一示意性透视图，
[0032]
[图6]图6是根据本发明的一个实施例的复合平台的示意性透视图，
[0033]
[图7]图7是沿着图6的线vii-vii的示意性截面图，以及
[0034]
[图8]图8是根据图6的线viii-viii的示意性截面图。
具体实施方式
[0035]
图1已在前文描述，且图2示出了图1的风扇转子1的一部分的透视图。图1和图2示出了现有技术。
[0036]
转子1安装成围绕旋转轴线旋转且包括风扇盘2和风扇叶片3，风扇叶片3包括根
部，根部套设在盘2的外周中的空腔中，其中在图2中仅可看见一个叶片3。每个叶片3包括拱腹、拱背、前缘3a和后缘3b。
[0037]
盘2的外周有利地通过配备有齿16而呈锯齿状，齿16有利地具有梯形横截面且在盘2上相对于转子1的旋转轴线轴向地延伸。至少一个楔形件17设置在两个相邻齿16之间的上游侧上，这两个相邻齿16形成用于接纳叶片3的根部的空腔，该楔形件17旨在轴向地将叶片的根部阻挡在其对应的空腔中。
[0038]
平台4插入在风扇叶片3之间且附接到盘2的外周。因此，每个平台4可插入在两个连续的风扇叶片3之间。
[0039]
每个平台4包括内表面4b(或参考所述轴线径向地在内部的表面)和空气动力学外表面4a。这些面4a、4b沿着轴线基本上从两个叶片3的前缘3a延伸到后缘3b，该平台4安装在前缘3a和后缘3b之间。
[0040]
在平台的上游端(参照气体在风扇和涡轮发动机中的流动)，每个平台4包括外缘5，外缘5用于附接或钩挂到盘2。类似的外缘9位于每个平台4的下游端。
[0041]
每个平台4的内表面4b连接到盘2的凸缘8上的附接凸片6。该凸片6径向向内延伸且在其径向内部自由端处包括孔，该孔用于使螺钉7穿过，以将凸片和平台4附接到凸缘8并因此连接到盘2。
[0042]
图1和图2中可看见的平台4由单个金属合金部件制成，本发明提出了一种复合平台，该复合平台例如可与同样由复合材料制成的风扇叶片一起使用。
[0043]
图3至图5描述了不是本发明的一部分的复合平台的示例性实施例。
[0044]
图2至图5的复合平台20包括细长壁22，该细长壁构造成在两个风扇叶片之间延伸。
[0045]
该壁22包括空气动力学外表面22a和内表面22b，与上述凸片6类似的附接凸片24位于内表面22b上。
[0046]
附接凸片24由金属合金制成且包括毂部24a，毂部24a连接到耳24b，耳24b穿有孔24c，孔24c用于使螺钉(类似于上述螺钉7)穿过。
[0047]
毂部24a平坦且应用于壁22的内表面22b。壁22由来自树脂的复合材料制成。壁22基本上在其中部包括孔，该孔与毂部24a中的孔对准且接纳用于将凸片24附接到壁22的螺钉26。每个螺钉26包括头部和螺纹杆，头部优选地是埋头型头部且接合在壁的外表面22a的凹部中，以及支承在毂部24a上的螺母旋拧在螺纹杆上。
[0048]
该复合平台技术并不完全令人满意，因为它具有如下缺点。
[0049]-凸片24在壁22上的定位需要高精度(因此，需要高成本)，以遵守由空气动力学所施加的几何约束。此外，螺钉头部26必须被覆盖以保持管道的空气动力学几何形状，这还通过增加覆盖步骤而产生额外的成本，而覆盖步骤的控制比较精细且复杂。此外，使用涂层覆盖螺钉头部的事实使得更难以定位螺钉头部，以例如最终拆卸突片和移除平台来更换平台。
[0050]-每个平台20具有大的质量，每个平台20大约1千克，例如风扇转子包括18个平台20。
[0051]-在毂部24a和螺钉26的水平处，需要壁22的过度厚度，以减小由于毂部和螺钉的夹持而在壁中生成的压持力；其夹持还必须承受部件所看见的离心力：夹持特征必须大于
压紧力和离心力之和(f
夹持
＞f
压紧
+f
离心
)。
[0052]
夹持力更难保持，原因是螺钉26的埋头型头部不能支撑垫圈与其头部成直线，这促成了夹持力的较差分布且需要较小体积的材料。
[0053]-每个平台20在发动机运行期间的几何行为是由离心力引起的。最轻微的变形导致风扇丢失效率。类似地，具有埋头型头部的螺钉26的使用减小了由组件载入的材料的体积且显著地增加局部约束，特别是在螺钉头部的水平处。
[0054]
后面这两点产生对螺钉(扭矩扳手)进行非常受控的拧紧的需求，因此是昂贵的。
[0055]-在覆盖螺钉头部的步骤之后是耐久性。原则上，部件应在发动机的整个寿命期间持续起作用，而不会退化。与局部约束组合的腐蚀，会令人怀疑对满足该标准的可能性。
[0056]
本发明使得能够弥补这些问题中的至少一些问题并提出一个平台，该平台的一个实施例在图6至图8中示出。
[0057]
复合平台30包括构造成在两个风扇叶片之间延伸的细长壁32。
[0058]
该壁32包括空气动力学外表面32a和内表面32b，附接到风扇盘的凸片34位于内表面32b上。
[0059]
壁32进一步包括上游边缘32c、下游边缘32d、凹形弯曲的侧边缘32e和凸形弯曲的侧边缘32f。应理解，凹形弯曲的边缘32e沿着叶片的拱背从该叶片的前缘延伸到后缘，且凸形弯曲的边缘32f沿着相邻叶片的拱腹从该相邻叶片的前缘延伸到后缘。在壁的每个轴向端部处，在边缘32c、32d的水平处，壁可具有凸缘或形成台阶。这些端部旨在与风扇转子的罩配合，如上文关于图1所提到的。
[0060]
附接凸片34与金属框架36形成为一体件，金属框架36至少部分地集成在壁32中，所述壁32通过树脂包覆模制到所述框架36上而制成，使得不使用附接螺钉等。
[0061]
框架36包括板38，板38沿着壁32延伸壁32的纵向范围的至少50％，且连接到附接凸片34。从图7可以看到：板38可延伸到壁32的上游端和下游端。图8示出了板38包括两个侧边缘38a、38b，两个侧边缘38a、38b被设置成相对于壁32的侧边缘32e、32f后移。因此，壁32的边缘32e、32f由树脂制成，且不包括板的任何金属部分，这是特别重要的，原因是在叶片破损的情况下，这些边缘可能与叶片接触且可通过该叶片而破碎。对于安全标准而言，这些边缘的“保险丝”功能确实是这些平台的重要标准。
[0062]
框架36，特别是板38可至少部分地涂覆有结合底漆或受到表面处理，以提高树脂在框架上的机械强度。
[0063]
框架36可由铝、钛或钢制成且通过铸造、锻造、冲压和焊接、机加工、电腐蚀或增材制造等来制造。框架36可以是中空的和/或凹陷的。
[0064]
壁32的树脂是热塑性或热固性的，且例如选自以下材料及其混合物：聚芳醚酮，聚醚酰亚胺，半芳香族聚酰胺和聚酰胺。
[0065]
优选地，树脂通过包括纤维(例如，玻璃或碳)的加强件40来加强，和/或可能通过至少一个预浸渍的搭接部来加强。例如，搭接部可以是编织的或非编织的且由碳纤维、热塑性塑料(pet)、玻璃、芳族聚酰胺等形成。
[0066]
如在图7中看到的，加强件优选地沿着壁32的整个纵向范围延伸。图8示出了加强件40进一步在壁32的整个横向范围内延伸。
[0067]
加强件40还延伸到从壁32的内表面32b突出的强化件42中。
[0068]
加强件40和树脂覆盖板38的外表面38c和内表面38d，该内表面连接到附接凸片34。
[0069]
壁32的外表面32a可至少部分地涂覆有阻尼层(未示出)。该层(双材料包覆模制，喷漆，膜结合等)可促成对部件的自然频率的修改或整个风扇转子的动态操纵。
[0070]
平台30通过将树脂热注射到模具中的方法，在框架上包覆模制树脂而制成，这是本领域技术人员公知的。模具中的注射温度取决于树脂，且例如介于100℃至400℃之间(例如，对于热固性树脂，介于100℃至300℃之间，并且对于热塑性树脂，介于150℃至400℃之间)。当使用热塑性预浸渍类型的碳加强件40时，预浸渍的热塑性塑料的熔化温度优选地低于所注入的热塑性塑料的处理温度。
[0071]
本发明提供数个优点：
[0072]-通过消除螺钉、螺母和垫圈，估计每个部件的质量节省10％至20％。平台的质量可通过框架的优化设计(在约束位置处加厚，可能挖凿或镂空框架，优化框架的形状和尺寸等)最小化。
[0073]-保证空气动力学表面32a随时间推移保持平滑，而不干扰气流，接下来，在部件由于框架和/或加强件和/或强化件而整体加强之后，消除了螺钉且更好地保持部件。
[0074]-从部件的价格受益，原因是可能不需要在模具的出口处进行再接触操作。不再是数个部件的组装，而是仅有一个部件，原因是其集成数个功能(强化件、可熔边缘等)。
[0075]-简化安装和制造。部件做好之后，可直接安装。部件的几何形状和尺寸由模具确保。最终的几何形状受到控制，原因是金属框架直接定位在模具中，使得能够确保形状的再现性。
[0076]-提高部件的使用寿命，原因是夹持约束为零且力经过金属加强件。

技术特征：

1.一种用于飞行器涡轮发动机的风扇的复合平台(30)，所述复合平台包括细长形状的且构造成在两个风扇叶片(3)之间延伸的壁(32)，该壁包括空气动力学外表面(32a)和内表面(32b)，附接凸片(34)位于所述内表面(32b)上且构造成附接到风扇盘(2)，其特征在于，所述附接凸片与金属框架(36)形成为一体件，所述金属框架包括板(38)，所述板具有细长形状且延伸超过所述壁的纵向范围的50％，该壁通过如下方式产生，所述方式为：将树脂包覆模制到所述板上，使得所述板集成在所述壁中。2.根据权利要求1所述的平台(30)，其中，所述板(38)延伸到所述壁(32)的上游端和下游端。3.根据权利要求1或2所述的平台(30)，其中，所述壁(32)包括弯曲的至少一个侧边缘(32e，32f)，所述板(38)包括被设置成相对于所述壁的所述侧边缘后移的至少一个侧边缘(38a，38b)。4.根据前述权利要求中任一项所述的平台(30)，其中，所述壁(32)包括凹形弯曲的侧边缘(32e)和凸形弯曲的相对的侧边缘(32f)，所述板(38)包括被设置成相对于所述壁的所述侧边缘后移的两个侧边缘(38a，38b)。5.根据前述权利要求中任一项所述的平台(30)，其中，所述板(38)至少部分地涂覆有结合底漆，和/或所述壁(32)的所述外表面(32a)至少部分地涂覆有阻尼层。6.根据前述权利要求中任一项所述的平台(30)，其中，所述树脂选自以下材料及其混合物：聚芳醚酮，聚醚酰亚胺，半芳香族聚酰胺和聚酰胺。7.根据前述权利要求中任一项所述的平台(30)，其中，所述树脂通过加强件(40)来加强，所述加强件包括纤维，和/或可选地包括至少一个预浸渍的搭接部。8.根据前述权利要求中任一项所述的平台(30)，其中，强化件(42)从所述壁(32)的所述内表面(32b)突出且由树脂制成。9.根据前一项权利要求所述的平台(30)，其中，所述板(38)包括外表面(38c)和连接到所述附接凸片(34)的内表面(38d)，所述加强件(40)在所述板的所述外表面和内表面的水平处延伸，或者甚至延伸到所述强化件(42)中。10.一种飞行器涡轮发动机，其特征在于，所述涡轮发动机包括风扇，所述风扇包括承载叶片(3)的盘(2)和根据前述权利要求中的一项所述的平台(30)。

技术总结

本发明涉及一种用于飞行器涡轮发动机的风扇的复合平台(30)，该复合平台包括细长壁(32)且构造成在两个风扇叶片(3)之间延伸，所述壁包括空气动力学外表面(32a)和内表面(32b)，紧固凸片(34)位于该内表面上，其中所述紧固凸片构造成附接到风扇盘(2)，其特征在于，所述紧固凸片与金属加强件(36)一体形成，金属加强件具有板(38)，该板具有细长形状且延伸超过壁的纵向范围的50％，所述壁通过如下方式产生，所述方式即：在板上包覆模制树脂，以使板集成在壁中。成在壁中。成在壁中。