叶片的连结部结构及使用该连结部结构的喷气式发动的制造方法

叶片的连结部结构及使用该连结部结构的喷气式发动的制造方法
【专利摘要】一种叶片的连结部结构，在导流叶片(20)的叶片基端部(21)和安装凸缘(31f)的连结部配置有连结支撑体(33)，该连结支撑体(33)具有从叶片厚度方向两侧与叶片基端部(21)接合的一对分割片(34、34)，在连结支撑体(33)的一端部接合面(35a)形成有槽(35b)，在另一端部接合面(35a)形成有突条(35c)，叶片基端部(21)形成为凹凸状，在与一端部接合面(35a)的接合面(21a)形成有与形成于端部接合面(35a)的槽(35b)卡合的突条(21b)，在与另一端部接合面(35a)的接合面(21a)形成有与形成于端部接合面(35a)的突条(35c)卡合的槽(21c)，叶片基端部(21)通过从叶片厚度方向两侧对连结支撑体(33)施加的紧固力被保持在连结支撑体的分割片(34、34)之间。本发明的叶片的连结部结构有助于喷气式发动机的轻量化，并且可得到高的结构强度。
【专利说明】叶片的连结部结构及使用该连结部结构的喷气式发动机

【技术领域】
[0001]本发明涉及例如用于导流叶片中与发动机主体侧的连结部的叶片的连结部结构及使用该连结部结构的喷气式发动机，该导流叶片是用于构成航空器用喷气式发动机的叶片。

【背景技术】
[0002]如上所述的喷气式发动机通常具备向发动机主体内导入空气的动叶片、和对由该动叶片导入的空气的流动进行整流的静叶片即导流叶片。
[0003]该导流叶片有时仅要求具有整流功能，有时除了整流功能之外，还要求具有连结构成发动机主体的风扇框架和风扇壳的结构体功能。
[0004]在前一种仅要求具有整流功能的情况下，通常采用铝合金等金属材料、或环氧树脂等热固化树脂和碳纤维等强化纤维的复合材料作为构成材料，使配置于该导流叶片的下游侧的将铝合金等金属材料作为构成材料的支撑构件拥有结构体功能。另一方面，在除了整流功能之外，还要求具有结构体功能的情况下，采用铝合金等金属材料作为构成材料。
[0005]例如在专利文献I?3记载有如上所述的导流叶片及具有该导流叶片的喷气式发动机。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:美国专利第5320490号说明书
[0009]专利文献2:日本专利2766423号公报
[0010]专利文献3:日本特开平05-149148号公报


【发明内容】

[0011]发明所要解决的课题
[0012]在此，为了与近年来的以航空器喷气式发动机的燃料效率提高为目的的高旁路比化的要求对应，趋向于增大发动机直径，随之，实现航空器喷气式发动机的轻量化成了当务之急。
[0013]例如，在使导流叶片仅拥有整流功能的情况下，虽然作为构成材料使用复合材料能够相应地实现导流叶片自身的轻量化，但以铝合金等金属材料作为构成材料的支撑构件承担结构体功能，相应地妨碍了航空器喷气式发动机的轻量化。
[0014]另一方面，在除了整流功能之外，还使导流叶片拥有结构体功能的情况下，导流叶片以铝合金等金属材料作为构成材料使用，与使用支撑构件的情况相同地，存在妨碍航空器喷气式发动机的轻量化的问题，解决这些成为了目前的课题。
[0015]本发明是着眼于上述的目前的课题而做出的，其目的在于，提供一种有助于喷气式发动机的轻量化，并且可得到高的结构强度的叶片的连结部结构及使用该连结部结构的喷气式发动机。
[0016]为了实现上述目的，本发明提供一种叶片的连结部结构，该叶片是构成喷气式发动机的叶片，由热固化树脂或热塑性树脂和强化纤维的复合材料构成，在所述叶片连结部配置有由金属构成的连结支撑体，该连结支撑体具有从叶片厚度方向两侧与所述叶片的端部接合的相互分割的一对分割片，在所述连结支撑体的一对分割片的各端部接合面中任一端部接合面，沿所述喷气式发动机的轴心方向形成有突条，并且在任一另一端部接合面沿所述喷气式发动机的轴心方向与所述突条相对地形成有槽，所述叶片的端部沿所述喷气式发动机的径向以叶片厚度恒定的状态形成为凹凸状，该叶片的端部在与所述一对分割片的接合面中的任一接合面上具有与所述一对分割片的任一端部接合面上形成的所述突条卡合的槽，并且，在任一另一接合面上且在所述任一接合面的槽的背侧位置具有与在所述一对分割片的任一另一端部接合面上形成的所述槽卡合的突条，所述叶片的端部通过从叶片厚度方向两侧对所述连结支撑体的一对分割片施加的紧固力，被保持在该连结支撑体的一对分割片之间。
[0017]优选地，在所述连结支撑体的一对分割片和被保持在该一对分割片之间的所述叶片的端部之间，设有粘接剂。
[0018]优选地，所述叶片是所述喷气式发动机的静叶片。
[0019]另外，本发明提供一种喷气式发动机，作为构成该喷气式发动机的叶片的连结部结构，使用上述的叶片的连结部结构。
[0020]在此，作为可应用本发明的叶片的连结部结构的部位，除了可以列举喷气式发动机的静叶片即导流叶片的叶片前端部和发动机主体的连结部、及相同导流叶片的叶片基端部和发动机主体的连结部之外，还可以列举喷气式发动机的动叶片的尖部(前端部)和尖部护罩的连结部、及相同动叶片的轮毂(基端部)和轴的连结部。在此，尖部护罩是为了防止振动及改善空气动力性能而设于在动叶片的尖部上的，与动叶片一起旋转。
[0021]在本发明的叶片的连结部结构中，作为形成于连结支撑体的端部接合面的突条及槽(形成于叶片的端部的与连结支撑体的接合面上的槽及突条)，可以采用剖面形成梯形形状的结构、形成半圆形状的结构、形成三角形状的结构、及形成矩形形状的结构，但不限于任一剖面。
[0022]另外，在本发明的叶片的连结部结构中，作为构成叶片的热固化树脂，可以使用例如环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂，同样，作为构成叶片的热塑性树脂，可以使用例如聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚。而且，作为构成叶片的强化纤维，可以使用例如碳纤维、芳族聚酰胺纤维、玻璃纤维，叶片通过将由这些材料构成的复合材料例如在叶片厚度方向层叠或三维地编织而形成。另一方面，作为连结支撑体，可采用铝合金及钛合金等金属。
[0023]在本发明的叶片的连结部结构中，首先，使由复合材料构成的叶片的端部位于由金属构成的连结支撑体的一对分割片之间。另外，将叶片的端部的在与连结支撑体的任一接合面上形成的槽和在连结支撑体的任一端部接合面上形成的突条卡合，并且，将叶片的端部的在与连结支撑体的任一另一接合面上形成的突条和在连结支撑体的任一另一端部接合面上形成的槽卡合。在此基础上，从叶片厚度方向两侧对连结支撑体的一对分割片施加例如通过螺栓及螺母得到的紧固力，将叶片的端部保持在连结支撑体的一对分割片之间。
[0024]因此，本发明的叶片的连结部结构，在有助于喷气式发动机的轻量化的同时，又可得到高的结构强度，而且，由于连结强度是机械的连结强度，所以与例如仅使用粘接剂的连结强度相比，连结部的工程管理变得容易。
[0025]另外，因为是利用一对分割片从叶片厚度方向两侧夹持叶片的端部的方式，所以与例如将叶片的端部仅用单个的分割片支撑的情况相比，可避免叶片的端部弯曲，其结果，能够维持牢固的连结状态。
[0026]进一步地，在组装叶片的端部和连结支撑体时，叶片的端部侧的槽及突条分别与连结支撑体侧的突条及槽卡合，由此进行两者的相互定位，因此，实现该组装作业的容易化。
[0027]再者，叶片的端部沿喷气式发动机的径向保持叶片厚度为恒定，并且形成为凹凸状，即，叶片的端部侧的槽及突条由连续的纤维成形，因此，不增加工工时，实现强度的维持乃至提高。
[0028]再者，在本发明的叶片的连结部结构中，如果在连结支撑体的一对分割片和保持于该一对分割片之间的叶片的端部之间设置粘接剂，则能够得到更高的结构强度，在叶片为喷气式发动机的静叶片、例如导流叶片的情况下，能够发挥符合要求的整流功能。
[0029]在此，可以在叶片的端部，在与一对分割片的接合面中任一接合面上连续形成槽及突条，并且，可以在与一对分割片的接合面中的任一另一接合面且在任一接合面的槽及突条的各背侧位置连续形成突条及槽。
[0030]再者，也可以在叶片的端部，在任一接合面，例如隔着间隔形成两个槽，并且，在任一另一接合面且在任一接合面的两个槽的各背侧位置形成两个突条，如果采用这种构成，则粘接面积增加，相应地增加结构强度。
[0031]另一方面，在本发明的喷气式发动机中，通过采用本发明的叶片的连结部结构，轻量化及高强度化均得以实现。
[0032]发明效果
[0033]本发明的叶片的连结部结构，具有有助于喷气式发动机的轻量化，且可得到高的结构强度这种非常优异的效果。

【专利附图】

【附图说明】
[0034]图1是采用本发明一实施例的叶片的连结部结构的喷气式发动机的前侧上部的局部剖视说明图；
[0035]图2是从前方观察喷气式发动机的叶片的连结部的剖面说明图，详细表示图1的叶片的连结部结构；
[0036]图3是图2所示的叶片的连结部的叶片基端部的放大剖视说明图；
[0037]图4是详细表示图1的叶片的连结部结构的叶片的连结部的侧视说明图；
[0038]图5是动叶片的尖部和尖部护罩的连结部的局部剖视说明图，详细表示本发明其它实施例的叶片的连结部结构。
[0039]【专利附图】

【附图说明】
[0040]I喷气式发动机
[0041]20导流叶片(静叶片)
[0042]21叶片基端部(叶片端部)
[0043]21a、22a、62a 接合面
[0044]2 lb、22b、62b 突条
[0045]21c、22c、62c 槽
[0046]22叶片前端部(叶片端部)
[0047]33、53、73连结支撑体
[0048]34、54、74 —对分割片
[0049]35a、55a、75a 端部接合面
[0050]35b、55b、75b 槽
[0051]35c、55c、75c 突条
[0052]36 螺栓
[0053]37 螺母
[0054]60动叶片
[0055]62尖部(叶片前端部)

【具体实施方式】
[0056]以下，基于【专利附图】

【附图说明】本发明。
[0057]图1?图4表示本发明的叶片的连结部结构的一实施例，在该实施例中，举例说明作为构成喷气式发动机的静叶片的导流叶片的连结部。
[0058]如图1所示，在喷气式发动机I中，在发动机主体2的发动机内筒3的轴心侧形成有环状的核心流路4，在发动机主体2的外侧部分即风扇壳5的内周面及发动机内筒3的外周面之间形成有旁通流路6。
[0059]在该喷气式发动机I的图中左侧的前部，风扇盘7经由轴承8绕未图示的发动机轴心可旋转地设置。该风扇盘7与配置于喷气式发动机I的图中右侧的后部的未图示的低压涡轮的涡轮转子一体连结。
[0060]另外，在该风扇盘7的外周面，经由嵌合槽7a，在周向以等间隔配置有多个动叶片10，在动叶片10和嵌合槽7a之间的前后配置有衬垫11、11。在风扇盘7的前部及后部，沿周向一体地分别设置有支承动叶片10的环状护圈12、13，前部的护圈12与头锥14 一体连结，后部的护圈13与在风扇盘7的下游侧邻接的低压压缩机15的转子16同轴且一体地连结。
[0061]此外，在多个动叶片10的各尖部之间，连结有用于防止振动及改善空气动力性能的尖部护罩，但该尖部护罩在图1中未图示。
[0062]S卩，在喷气式发动机I运转时，通过使多个动叶片10与风扇盘7—起旋转，能够向核心流路4及旁通流路6导入空气。
[0063]该喷气式发动机I在旁通流路6上具备多个导流叶片(静叶片)20。多个导流叶片20在发动机内筒3的周围以等间隔配置，对流过旁通流路6的回旋空气流进行整流。该导流叶片20以环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂等热固化树脂或聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚等热塑性树脂和碳纤维、芳族聚酰胺纤维，玻璃纤维等强化纤维的复合材料作为构成材料，例如在叶片厚度方向层叠或三维编织而形成。
[0064]该导流叶片20的轴心侧的叶片基端部(叶片端部)21与配置于发动机内筒3的风扇框架31的安装凸缘31f连结，导流叶片20的远离轴心的一侧的叶片前端部(叶片端部)22与配置于风扇壳5的安装凸缘5f连结。
[0065]该情况下，如图2及图4所示，在导流叶片20的叶片基端部21和安装凸缘31f的连结部，即，在叶片连结部配置有连结支撑体33，该连结支撑体33由从叶片厚度方向(图2左右方向)两侧与导流叶片20的叶片基端部21接合的相互分割的一对分割片34、34构成。该连结支撑体33的分割片34、34均由铝合金或钛合金等金属构成，通过螺栓38及螺母39安装在安装凸缘31f上。
[0066]在该连结支撑体33的一对分割片34、34上，分别形成有相互相对的相对壁35，这些相对壁35、35从叶片厚度方向两侧与导流叶片20的叶片基端部21接合。
[0067]在此，在构成连结支撑体33的两个分割片34、34中的图2左侧的分割片34，即，在图2左侧的分割片34的相对壁35的端部接合面35a上，沿发动机轴心方向形成有剖面形成梯形形状的一条槽35b，在两个分割片34、34中的图2右侧的分割片34，S卩，在图2右侧的分割片34的相对壁35的端部接合面35a上，与槽35b相对地形成有剖面形成梯形形状的一条突条35c。
[0068]另一方面，如图3所示，导流叶片20的叶片基端部21沿发动机径向以叶片厚度恒定的状态形成为凹凸状，在该导流叶片20的叶片基端部21的接合面21a、21a中的图2左侧的接合面21a，形成有与在图2左侧的分割片34的端部接合面35a上形成的槽35b相互卡合的突条21b，在接合面21a、21a中的图2右侧的接合面21a且在图2左侧的接合面21a的突条21b的背侧位置，形成有与在图2右侧的分割片34的端部接合面35a上形成的突条35c相互卡合的槽21c。
[0069]而且，在该实施例中，导流叶片20的叶片基端部21通过从叶片厚度方向两侧对连结支撑体33的一对分割片34、34施加的由螺栓36及螺母37产生的紧固力被保持在一对分割片34、34的各相对壁35、35之间。
[0070]另外，在该实施例中，在连结支撑体33的一对分割片34、34的各相对壁35、35和保持在这些相对壁35、35之间的导流叶片20的叶片基端部21之间，设置粘接剂。
[0071]另一方面，在导流叶片20的叶片前端部22和安装凸缘5f的连结部，即，在叶片连结部，同样配置有连结支撑体53，该连结支撑体53由从叶片厚度方向(图2左右方向)两侧与导流叶片20的叶片前端部22接合的相互分割的一对分割片54、54构成。该连结支撑体53的分割片54、54同样都由铝合金或钛合金等金属构成，通过螺栓38及螺母39安装在安装凸缘5f上。
[0072]在该连结支撑体53的一对分割片54、54上也分别形成有相互相对的相对壁55，这些相对壁55、55从叶片厚度方向两侧与导流叶片20的叶片前端部22接合。
[0073]在该叶片连结部，在构成连结支撑体53的两个分割片54、54中的图2左侧的分割片54，即，在图2左侧的分割片54的相对壁55的端部接合面55a上，沿发动机轴心方向形成有剖面形成梯形形状的一条槽55b，在两个分割片54、54中的图2右侧的分割片54，即，在图2右侧的分割片54的相对壁55的端部接合面55a，与槽55b相对地形成有剖面形成梯形形状的一条突条55c。
[0074]另一方面，导流叶片20的叶片前端部22同样沿发动机径向以叶片厚度恒定的状态形成为凹凸状，在该导流叶片20的叶片前端部22的接合面22a、22a中的图2左侧的接合面22a,形成有与在图2左侧的分割片54的端部接合面55a上形成的槽55b相互卡合的突条22b，在接合面22a、22a中的图2右侧的接合面22a且在图2左侧的接合面22a的突条22b的背侧位置，形成有与在图2右侧的分割片54的端部接合面55a上形成的突条55c相互卡合的槽22c。
[0075]而且，导流叶片20的叶片前端部22通过从叶片厚度方向两侧对连结支撑体53的一对分割片54、54施加的由螺栓56及螺母57产生的紧固力被保持在一对分割片54、54的各相对壁55、55之间。
[0076]另外同样地，在该叶片连结部，在连结支撑体53的一对分割片54、54的各相对壁55,55和保持于这些相对壁55、55之间的导流叶片20的叶片前端部22之间，设置粘接剂。
[0077]如上所述，在该实施例的叶片的连结部结构中，在由复合材料构成的导流叶片20的叶片基端部21，首先，使该叶片基端部21位于由金属构成的连结支撑体33的一对分割片34,34的各相对壁35、35之间。
[0078]另外，将在叶片基端部21的图2左侧的接合面21a上形成的突条21b和在连结支撑体33的图2左侧的接合面35a上形成的槽35b卡合，并且，将在叶片基端部21的图2右侧的接合面21a上形成的槽21c和在连结支撑体33的图2右侧的接合面35a上形成的突条35c卡合。
[0079]在此基础上，从叶片厚度方向两侧对连结支撑体33的一对分割片34、34施加由螺栓36及螺母37得到的紧固力，将叶片基端部21保持在一对分割片34、34的各相对壁35、35之间。
[0080]另一方面，在导流叶片20的叶片前端部22，使该叶片前端部22位于由金属构成的连结支撑体53的一对分割片54、54的各相对壁55、55之间。另外，将在叶片前端部22的图2左侧的接合面22a上形成的突条22b和在连结支撑体53的图2左侧的接合面55a上形成的槽55b卡合，并且，将在叶片前端部22的图2右侧的接合面22a上形成的槽22c和在连结支撑体53的图2右侧的接合面55a上形成的突条55c卡合。在此基础上，从叶片厚度方向两侧对连结支撑体53的一对分割片54、54施加通过螺栓56及螺母57得到的紧固力，将叶片前端部22保持在一对分割片54、54的各相对壁55、55之间。
[0081]因此，该实施例的叶片的连结部结构，在有助于喷气式发动机I的轻量化的同时，得到高的结构强度，而且，连结强度是机械的连结强度，因此，与例如仅使用粘接剂的连结强度相比，连结部的工程管理变得容易。
[0082]另外，由于在一对分割片34、34(54、54)的各相对壁35、35(55、55)之间从叶片厚度方向两侧夹持叶片基端部21 (叶片前端部22)，所以与例如将叶片基端部21 (叶片前端部22)由单个壁支撑的情况相比，能够避免叶片基端部21(叶片前端部22)的弯曲，其结果，能够维持牢固的连结状态。
[0083]进一步地，在组装叶片基端部21 (叶片前端部22)和连结支撑体33 (53)时，通过叶片基端部21 (叶片前端部22)侧的槽21c (22c)及突条21b (22b)分别与连结支撑体33(53)侧的突条35c(55c)及槽35b (55b)卡合，进行两者的相互定位，因此，实现该组装作业的容易化。
[0084]再者，叶片基端部21 (叶片前端部22)沿发动机的径向保持叶片厚度恒定，并且形成为凹凸状，S卩，叶片基端部21 (叶片前端部22)侧的槽21c (22c)及突条21b (22b)由连续的纤维成形，因此，不增加工工时而实现强度的维持乃至提高。
[0085]再者，在该实施例的叶片的连结部结构中，由于在连结支撑体33(53)的一对分割片34、34(54、54)的各相对壁35、35 (55、55)和被保持在这些相对壁35、35 (55、55)之间的导流叶片20的叶片基端部21 (叶片前端部22)之间设置粘接剂，所以能够得到更高的结构强度，在该实施例中，叶片是作为喷气式发动机I的静叶片的导流叶片20，所以能够发挥导流叶片20原本的整流功能。
[0086]而且，在该实施例的喷气式发动机I中，因采用上述的叶片的连结部结构，所以轻量化及高强度化均得以实现。
[0087]在上述的实施例中，举例说明了在作为喷气式发动机的静叶片的导流叶片的叶片连结部采用本发明的叶片的连结部结构的情况，但不限于此，例如，如图5所示，在喷气式发动机的动叶片60的尖部(叶片前端部)62和为了防止振动及改善空气动力性能而设置在该尖部62并与动叶片60 —起旋转的尖部护罩85的连结部也可以采用。
[0088]S卩，在该实施例中，在连结支撑体73的一对分割片74、74的各接合面75a、75a中的图5左侧的接合面75a上，形成有剖面形成梯形形状的槽75b，在各接合面75a、75a中的图5右侧的接合面75a上，与槽75b相对地形成有突条75c。
[0089]另一方面，动叶片60的尖部62形成为凹凸状，在该动叶片60的尖部62的接合面62a、62a中的图5左侧的接合面62a，形成有与在图5左侧的分割片74的接合面75a上形成的槽75b相互卡合的突条62b，在接合面62a、62a中的图5右侧的接合面62a，形成有与在图5右侧的分割片74的接合面75a上形成的突条75c相互卡合的槽62c。
[0090]这样，上述实施例的叶片的连结部结构，在有助于喷气式发动机的轻量化的同时，可得到更高的结构强度。
[0091]在上述的各实施例中，叶片端部侧的突条21b、22b、62b及槽21c、22c、62c、以及连结支撑体侧的槽35b、55b、75b及突条35c、55c、75c都形成剖面梯形形状，但不限于此，作为突条及槽，可以采用剖面形成半圆形状的结构、形成三角形状的结构、及形成矩形形状的结构。
[0092]另外，在上述的各实施例中，形成将叶片端部侧的突条21b、22b、62b及槽21c、22c、62c、以及连结支撑体侧的槽35b、55b、75b及突条35c、55c、75c均各配置一条的结构，但不限于此。
[0093]本发明的叶片的连结部结构及喷气式发动机的构成不限于上述的实施例。
【权利要求】
1.一种叶片的连结部结构，该叶片是构成喷气式发动机的叶片，由热固化树脂或热塑性树脂和强化纤维的复合材料构成，其特征在于， 在所述叶片连结部配置有由金属构成的连结支撑体，该连结支撑体具有从叶片厚度方向两侧与所述叶片的端部接合的相互分割的一对分割片， 在所述连结支撑体的一对分割片的各端部接合面中任一端部接合面上，沿所述喷气式发动机的轴心方向形成有突条，并且，在任一另一端部接合面上沿所述喷气式发动机的轴心方向与所述突条相对地形成有槽， 所述叶片的端部沿所述喷气式发动机的径向以叶片厚度恒定的状态形成为凹凸状，该叶片的端部在与所述一对分割片的接合面中任一接合面上具有与在所述一对分割片的任一端部接合面上形成的所述突条卡合的槽，并且，在任一另一接合面上且在所述任一接合面的槽的背侧位置具有与在所述一对分割片的任一另一端部接合面上形成的所述槽卡合的突条， 所述叶片的端部通过从叶片厚度方向两侧对所述连结支撑体的一对分割片施加的紧固力，被保持在该连结支撑体的一对分割片之间。
2.如权利要求1所述的叶片的连结部结构，其特征在于， 在所述连结支撑体的一对分割片和被保持在该一对分割片之间的所述叶片的端部之间，设有粘接剂。
3.如权利要求1或2所述的叶片的连结部结构，其特征在于， 所述叶片是所述喷气式发动机的静叶片。
4.一种喷气式发动机，其特征在于， 作为构成喷气式发动机的叶片的连结部结构，使用权利要求1?3中任一项所述的叶片的连结部结构。
【文档编号】F02C7/00GK104334863SQ201380023301
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2013年6月19日 优先权日:2012年6月20日
【发明者】稻田贵臣, 田中真一 申请人:株式会社Ihi, 株式会社Ihi空间技术