一种复合材料转子叶片整体叶盘结构及制造方法

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，特别是涉及一种复合材料转子叶片整体叶盘结构及制造方法。

背景技术

传统的风扇/压气机整体叶盘必须采用金属材料制造，在生产制作中，通过分别制造出叶片和轮盘，然后使用焊接工艺使两个结构成为一个整体，近年来也可以使用锻件和机械加工的方式获得整体叶盘。

但传统形式的风扇/压气机整体叶盘存在以下三方面不足：一是风扇/压气机叶片必须为金属材料，且整体结构无多余零件，难以进一步降低重量；二是由于轮盘必须为金属材料，如果风扇/压气机叶片采用复合材料制造，尚无焊接工艺能够将两者可靠连接在一起，如果采用粘结的方法，由于只能在叶根处粘结，目前的金属与非金属之间的粘结性能不能满足风扇叶片高速旋转时离心载荷对连接界面的负荷要求,从而限制了风扇/压气机整体叶盘进一步减重；三是传统的风扇/压气机整体叶盘结构阻尼特性差，且难以通过增加其他结构形式提高结构阻尼，叶片在受到外部激励时容易发生振动，易发生高周疲劳失效，影响结构寿命和整机可靠性。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种复合材料转子叶片整体叶盘结构及制造方法，解决了整体叶盘的叶片进一步减重的技术问题。

(2)技术方案

第一方面，本发明的实施例提出了一种复合材料转子叶片整体叶盘结构，包括轮盘、叶片，所述叶片由复合材料叶身和金属框体构成，所述框体包括侧筋和底筋，所述叶身与所述轮盘通过所述框体的底筋连接，所述侧筋的底部与所述底筋的一端或两端连接，所述侧筋和所述底筋设置有用于容纳并连接所述叶身的边缘的V形槽，所述叶身的边缘嵌入所述V形槽中，并通过粘接方式将叶身和框体连接成为整体，随后，将所述底筋与所述轮盘连接，使之成为整体结构，最后，通过机械加工方式去除多余材料，加工出满足气动性能需要的叶身和进排气边。

进一步地，所述叶身采用复合材料。

进一步地，所述叶身为空心结构，也可为实体结构。

进一步地，所述叶身的空心区域内可设置减振结构。

进一步地，所述叶身底部可进一步嵌设连接块，所述连接块与所述框体通过铆接、销接、榫接其中的一种连接方式连接，进一步提高叶身和框体的连接强度。

进一步地，所述底筋和侧筋有V形槽，V形槽内部形状与叶身接触装配，两者的几何特征配合加工，满足装配要求，V形槽内表面与所述叶身的接触面设置有粘接剂。

进一步地，所述底筋的高度小于40mm，所述V形槽的壁厚度小于3mm。

进一步地，所述框体与所述叶身的最小接触面积为A

其中A

进一步地，所述框体与所述轮盘通过焊接方式连接。

第二方面，提供了一种复合材料转子叶片整体叶盘结构制造方法，包括步骤：制造轮盘、叶身以及框体；对叶身与框体连接处涂胶，并进行粘接；通过铆接、销接、榫接中的任一种连接方式将叶身和框体进行加固；通过焊接的方式将框体和轮盘连接在一起；去除多余材料并强化表面。

(3)有益效果

综上，本发明通过轻量化的叶身设计，并通过框体实现非金属叶身与金属轮盘的连接，即非金属叶身首先与框体进行粘接，为提高粘接力对所述框体的结构进行设计，然后通过框体与轮盘连接，既满足了结构强度的需要，又降低了叶身的质量，同时所述侧筋的另一侧具有一定壁厚，可以满足抗外物冲击的性能需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种复合材料转子叶片整体叶盘结构的总体结构示意图；

图2是图1叶身与框体的结构示意图；

图3是图2的A-A截面示意图；

图4是图2的B-B截面示意图；

图中：1、轮盘；2、叶身；3、框体；30、侧筋；31、底筋；32、V形槽；20、连接块；33、侧板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参考图1～图4所示，第一方面，本发明的实施例提出了一种复合材料转子叶片整体叶盘结构，包括轮盘1、叶身2以及框体3，所述叶身2与所述轮盘1通过所述框体3连接，所述框体3包括侧筋30和底筋31，所述侧筋30的底部与所述底筋31的一端连接，所述侧筋30和所述底筋31一侧设置有容纳并连接所述叶身2边缘的V形槽32，所述叶身2的边缘嵌入所述V形槽32，并通过粘接剂连接所述框体3，所述底筋31与所述轮盘1连接。

所述叶身2可通过采用结构强度高的采用非金属材料来降低重量，但由于采用非金属材料无法与金属材料的所述轮盘1直接连接，因此所述叶身2需要通过所述框体3实现与所述轮盘1的连接，即所述框体3是采用的金属材料。而在所述叶身2与所述框体3的连接方式中采用粘接，由于粘接的连接方式所承受的最大载荷有限，因此将框体3分为侧筋30和底筋31，并设置V形槽32结构，来扩大与所述叶身2的接触面，从而提高了粘接方式的连接强度，既满足了结构强度的需要，又降低了叶身2的质量，相对于传统金属叶身2可将单个叶身2重量减低30％～50％，同时所述侧筋30的另一侧具有一定壁厚，可以满足抗外物冲击的性能需求。

在一些实施例中，所述叶身2的材料密度应小于3×10

在一些实施例中，所述叶身2底部嵌设有连接块20，所述连接块20与所述框体3通过铆接、销接、榫接其中的一种连接方式连接，能够进一步地提高所述叶身2与所述框体3的连接强度。

在一些实施例中，所述底筋31另一端连接有侧板33，所述侧板33与所述叶身2接触面设置有粘接剂，通过增加侧板33可进一步加大框体3与叶身2的粘接面积，提高连接的稳定性，侧板33可以包括两组，分别与所述叶身2的上表面和下表面接触，而且需要说明的是还可以包括与侧板33和侧筋30相连的顶板，其作用和原理与侧板33相同，相似的结构在此不一一列举，均应视为本申请的保护范围。

在一些实施例中，所述底筋31的高度小于40mm，避免在风扇/压气机整体叶盘的结构中，占用较多的叶身2展向长度，减轻重量，所述V形槽32的壁厚度小于3mm，在确保结构强度的同时，降低结构重量。

在一些实施例中，所述框体3与所述叶身2的最小接触面积为A

其中A

一般粘接剂的粘连力n取值为20，通过计算临界面积为A

在一些实施例中，所述框体3与所述轮盘1通过焊接方式连接，连接牢固，结构稳定，焊接方式包括但不限于线性摩擦焊。

第二方面，提供了一种复合材料转子叶片整体叶盘结构制造方法，包括步骤：

制造轮盘1、叶身2以及框体3；

对叶身2与框体3连接处涂胶，并进行粘接；

通过铆接、销接、榫接其中的一种连接方式将叶身2和框体3进行加固；

通过焊接的方式将框体3和轮盘1连接在一起；

去除多余材料并强化表面。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。