Конструкция лопатки статора и турбовентиляторный реактивный двигатель с использованием такой лопатки

Конструкция лопатки статора и турбовентиляторный реактивный двигатель с использованием такой лопатки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

[0001] Описанные варианты осуществления настоящего изобретения относятся к конструкции лопатки статора, которая соединяет, например, боковую секцию корпуса двигателя и кожух вентилятора турбовентиляторного реактивного двигателя для самолета.

Описание предшествующего уровня техники

[0002] Описанный турбовентиляторный реактивный двигатель традиционно оснащен лопатками ротора, с помощью которых воздух вводится в секцию корпуса двигателя, и направляющими лопатками, которыми являются лопатки статора и которые управляют потоком воздуха, который вводится с помощью лопаток ротора. Бывают случаи, когда от направляющих лопаток требуется только функция по управлению воздушным потоком, и случаи, когда от направляющих лопаток в дополнение к функции по управлению воздушным потоком требуется также конструкционная функция, заключающаяся в соединении рамы вентилятора и кожуха вентилятора, которые составляют секцию корпуса двигателя.

[0003] Для такой детали, как направляющая лопатка, в качестве составляющего материала используется металлический материал, такой как алюминиевый сплав, хотя в последние годы стало развиваться использование композитного материала из термореактивной смолы или термопластичной смолы, армированного волокнами, такими как углеродные волокна или стекловолокна. Так, композитный материал имеет малый вес, высокую прочность и высокую долговечность, при этом использование композитного материала продвигается вперед не только в направляющих лопатках, но также и в других конструкциях, таких как кожух вентилятора, и в основном крыле самолета.

[0004] Однако, поскольку описанные композитные материалы имеют высокое электрическое сопротивление по сравнению с металлическими материалами, секция, в которой используется композитный материал, как конструкция не может выдерживать ток молнии, который имеет место в случае удара молнии, и в данном случае возникает проблема образования самовоспламеняющейся частицы (искры).

[0005] Поэтому разработана конструкция основного крыла, в которой выполнены металлический неподвижный носок крыла и хвостовая часть крыла, которые электрическим образом соединяют концевую часть крыла с корневой частью крыла, которая соприкасается с проводящей секцией корпуса, для того чтобы ограничить создание высокого напряжения за счет удара молнии в основном крыле, оснащенном топливным баком, выполненным из композитного материала, например (ссылка на патентный документ 1).

Документ по предшествующему уровню техники

Патентный документ

[0006] Патентный документ 1: Выложенная заявка на патент Японии №. 2011-51517.

Сущность изобретения

Задачи, которые подлежат решению

[0007] В конструкции, которая может обеспечить относительно большую площадь, такой как крыло самолета, как описано в приведенном выше Патентном документе 1, может быть легко добавлен металлический материал от удара молнии, но конструкцию, которая является относительно маленькой деталью типа направляющих лопаток турбовентиляторного реактивного двигателя и которой требуется также осуществлять функцию по управлению воздушным потоком, нелегко снабдить металлическим материалом от удара молнии.

[0008] В то же время, если предусмотрен металлический материал от удара молнии, возникает требование, чтобы проверку – обеспечивает или нет металлический материал прохождение электричества без прерывания на половине пути - можно было легко осуществить.

[0009] Настоящее изобретение выполнено для решения вышеуказанной задачи, и цель изобретения - предложить конструкцию лопатки статора, которая может отражать ток молнии, обусловленный ударом молнии, одновременно обеспечивая функцию лопаток статора, выполненных из композитного материала, по управлению воздушным потоком, а также облегчает проверку, и турбовентиляторный реактивный двигатель, в котором используется конструкция лопатки статора.

Средства для решения задач

[0010] Для того чтобы достичь вышеописанной цели, конструкция лопатки статора согласно настоящему изобретению включает в себя кожух вентилятора турбовентиляторного реактивного двигателя, секцию корпуса двигателя турбовентиляторного реактивного двигателя, лопатку статора, которая соединяет кожух двигателя и секцию корпуса двигателя и выполнена из композитного материала из термореактивной смолы или термопластичной смолы и армирующих волокон, металл для предотвращения коррозии, который покрывает по меньшей мере секцию передней кромки лопатки статора, пару соединительных несущих корпусов, которые соединяют первый конец лопатки статора и кожух вентилятора, а также второй конец лопатки статора и секцию корпуса двигателя и выполнены из металла, и проводник, который проходит через пространство между секцией передней кромки лопатки статора и металлом для предотвращения разрушения и соединяет соединительные несущие корпуса на первом конце и втором конце.

Полезные эффекты

[0011] В соответствии с конструкцией лопатки статора согласно настоящему изобретению, в которой используются описанные выше характеристики, даже в случае, когда композитный материал с высоким электрическим сопротивлением входит в состав лопатки статора, ток молнии, который принимает на себя кожух вентилятора, может быть пропущен к стороне секции корпуса двигателя через проводник. Более того, за счет пропускания проводника через пространство между секцией передней кромки лопатки статора и металлом для предотвращения разрушения может быть обеспечена функция лопатки статора по управлению воздушным потоком, а также может быть легко осуществлена проверка.

[0012] Более того, турбовентиляторный реактивный двигатель, который включает в себя конструкцию лопатки статора, может обеспечить сопротивление удару молнии, одновременно приобретая малый вес, высокую прочность и высокую долговечность, за счет лопаток статора, выполненных из композитного материала.

Краткое описание чертежей

[0013] Фиг.1 представляет собой частичный вид в разрезе переднего верхнего участка реактивного двигателя, который включает в себя конструкцию лопатки статора согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2А представляет собой вид в перспективе, на котором подробно показан участок дистального конца направляющей лопатки.

Фиг.2В представляет собой вид в перспективе, на котором подробно показан участок проксимального конца направляющей лопатки.

Фиг.3А представляет собой вид в разрезе направляющей лопатки по линии А-А на фиг.1.

Фиг.3В представляет собой вид в разрезе, на котором показан пример модификации направляющей лопатки.

Описание варианта осуществления изобретения

[0014] Далее настоящее изобретение будет описано на основе чертежей.

На фиг.1 показан один вариант осуществления конструкции лопатки согласно настоящему изобретению, при этом в варианте осуществления настоящего изобретения направляющая лопатка в качестве лопатки статора, которая входит в состав турбовентиляторного реактивного двигателя, будет описана в качестве примера.

[0015] Как показано на фиг.1, в турбовентиляторном реактивном двигателе 1 (далее обозначаемом просто как реактивный двигатель 1) кольцевой центральный проточный канал 4 выполнен со стороны оси внутреннего цилиндра 3 двигателя в секции 2 корпуса двигателя, при этом байпасный проточный канал 6 выполнен между внутренней периферийной поверхностью кожуха 5 вентилятора, который является наружной частью секции 2 корпуса двигателя, и наружной окружной поверхностью внутреннего цилиндра 3 двигателя.

[0016] На передней части, то есть на расположенной вверх по потоку стороне воздушного потока (левая сторона на чертеже) реактивного двигателя 1, диск вентилятора размещен с возможностью вращения вокруг не проиллюстрированной оси двигателя посредством подшипника 8. Диск 7 вентилятора полностью соединен с ротором турбины в не проиллюстрированной турбине низкого давления, которая размещена на задней части, которая находится на расположенной ниже по потоку стороне воздушного потока (правая сторона на чертеже) реактивного двигателя 1.

[0017] Далее, на наружной периферийной поверхности диска 7 вентилятора в монтажной канавке 7а размещено множество лопаток ротора на равных расстояниях в направлении по окружности, при этом спереди и сзади в пространстве между лопаткой 10 ротора и монтажной канавкой 7а размещены распорки 11 и 11. На передней части и на задней части диска 7 вентилятора кольцевые фиксаторы 12 и 13, которые удерживают лопатку 10 ротора, соответственно, целиком размещены в направлении по окружности, фиксатор 12 на передней части целиком соединен с носовым конусом 14, при этом фиксатор 13 на задней части коаксиально и целиком соединен с ротором 16 в компрессоре 15 низкого давления, который расположен рядом с расположенной ниже по потоку стороной диска 7 вентилятора.

[0018] Другими словами, во время эксплуатации реактивного двигателя 1 множество лопаток 10 ротора вращается вместе с диском 7 вентилятора, и посредством этого воздух может быть введен в центральный проточный канал 4 и байпасный проточный канал 6.

[0019] Реактивный двигатель 1 оснащен множеством направляющих лопаток 20 (лопатки статора) на байпасном проточном канале 6. Множество направляющих лопаток 20 размещены на периферии внутреннего цилиндра 3 двигателя, с тем чтобы выпрямлять вихревой воздушный поток, который протекает в байпасном проточном канале 6. Направляющая лопатка 20 выполнена ламинированной в направлении толщины лопатки или объемно оплетенной, например, композитным материалом из термореактивной смолы, такой как эпоксидная смола, фенольная смола, полиимидная смола, или из термопластичной смолы, такой как полиэфирный имид, полиэфирэфир кетон или полифениленсульфид, и армирующих волокон, таких как углеродные волокна, арамидные волокна или стекловолокна, используемых в качестве составляющего материала.

[0020] Участок 21 дистального конца, который находится на стороне (первый конец) далеко от оси направляющей лопатки 20, соединен с монтажными фланцами 5а и 5а, которые размещены на кожухе 5 вентилятора на соединительном несущем корпусе 30, при этом участок 22 проксимального конца на стороне оси (второй конец) направляющей лопатки 20 соединен с монтажными фланцами 32а и 32а рамы 32 вентилятора, которая размещена на внутреннем цилиндре 3 двигателя на соединительном несущем корпусе 31.

[0021] Далее, на поверхности секции передней кромки направляющей лопатки 20 выполнена обшивка 23, которая является металлом для предотвращения разрушения, чтобы избежать износа, обусловленного столкновением с частицами или тому подобным. Обшивка 23 представляет собой плоский материал из титанового сплава, например, и она присоединена таким образом, чтобы покрывать переднюю кромку направляющей лопатки 20.

[0022] В данном случае, ссылаясь на фиг.2А и фиг.2В, на фигуре 2А показан вид в перспективе конструкции соединительной секции участка 21 дистального конца направляющей лопатки 20, тогда как на фиг.2В показан вид в перспективе конструкции соединительной секции участка 22 проксимального конца направляющей лопатки 20, и затем конструкции соединительных секций направляющей лопатки 20 будут описаны подробно на основе чертежей.

[0023] Во-первых, как показано на фиг.2А, участок 21 дистального конца направляющей лопатки 20 находится между двумя противолежащими стенками 30а и 30b, которые являются частью соединительного несущего корпуса 30 с обеих сторон в направлении толщины лопатки. Противолежащие стенки 30а и 30b соединены с участком 21 дистального конца с помощью болтов 34 и гаек 35 во множестве точек (на фиг.2А показано только две точки). Соединительный несущий корпус 30, включающий в себя противолежащие стенки, выполнен из металла, такого как алюминиевый сплав и титановый сплав, и соединен посредством монтажных фланцев 5а и 5а с кожухом 5 вентилятора, который также выполнен из металла.

[0024] Из болтов 34 и гаек 35 противолежащих стенок 30а и 30b гайка 35 на стороне передней кромки удерживает кольцевой терминал 40а в пространстве от одной противолежащей стенки 30а. Кольцевой терминал 40а образует концевой участок проводящего провода 40 (проводник), который является металлическим проводом, при этом проводящий провод 40 продолжается до стороны передней кромки вдоль наружной поверхности одной противолежащей стенки 30а от кольцевого терминала 40а. Проводящий провод 40 загнут к стороне участка 22 проксимального конца на передней кромке участка 21 дистального конца направляющей лопатки 20, одновременно проходя вдоль стороны внутренней поверхности обшивки 23. Проводящий провод 40 выполнен из металла с более низким электрическим сопротивлением, чем у направляющей лопатки 20.

[0025] Далее, как показано на фиг.2В, участок 22 проксимального конца направляющей лопатки 20 также удерживается парой противолежащих стенок 31а и 31b соединительного несущего корпуса 31 от обеих сторон в направлении толщины лопатки. Противолежащие стенки 31а и 31b также соединены с участком 22 проксимального конца с помощью болтов 34 и гаек 35 во множестве точек (на фиг.2В показана только одна точка). Соединительный несущий корпус 31, включающий в себя противолежащие стенки 31а и 31b, также выполнен из металла, такого как алюминиевый сплав и титановый сплав, и соединен посредством монтажных фланцев 32а и 32а рамы 32 вентилятора с внутренним цилиндром 3 двигателя, который также выполнен из металла.

[0026] Из болтов 34 и гаек 35 противолежащих стенок 31а и 31b гайка 35 со стороны передней кромки, проиллюстрированной на фиг.2В, удерживает кольцевой терминал 40b, который является другим концевым участком проводящего провода 40, в пространстве от одной противолежащей стенки 31а. Проводящий провод 40 продолжается в направлении стороны передней кромки вдоль наружной поверхности одной противолежащей стенки 31а от кольцевого терминала 40а. Проводящий провод 40 загнут назад к стороне участка 21 дистального конца на передней кромке участка 22 проксимального конца направляющей лопатки 20 и установлен вдоль передней кромки направляющей лопатки 20, одновременно проходя вдоль стороны внутренней поверхности обшивки 23.

[0027] Далее, здесь на фиг.3А показан вид в разрезе направляющей лопатки по линии А-А на фиг.1.

Как показано на фиг.3А, передняя кромка направляющей лопатки 20 вырезана, и поверхность 20а передней кромки образована вдоль направления толщины лопатки. Поверхность 20а передней кромки покрыта обшивкой 23, которая в разрезе имеет U-образную форму, при этом проводящий провод 40 установлен в пространстве между поверхностью 20а передней кромки и обшивкой 23. Обшивка 23 имеет внутреннюю поверхность, покрытую адгезивом, при этом проводящий провод 40 покрыт обшивкой посредством адгезива.

[0028] Как описано выше, в конструкции лопатки статора согласно варианту осуществления настоящего изобретения участок 21 дистального конца и участок 22 проксимального конца направляющей лопатки 20, выполненной из композитного материала, удерживаются, в первую очередь, с помощью соединительных несущих корпусов 30 и 31, которые соответственно выполнены из металла. Затем пара соединительных несущих корпусов 30 и 31 участка 21 дистального конца 21 и участка 22 проксимального конца соединены с помощью проводящего провода 40 путем пропускания проводящего провода 40 через пространство между поверхностью 20а передней кромки направляющей лопатки 20 и обшивкой 23.

[0029] Как указано выше, путем соединения соединительные несущие корпуса 30 и 31, которые выполнены из металла, с помощью проводящего провода 40, направляющей лопатки 20 от участка 21 дистального конца через участок 22 проксимального конца, выполнены с возможностью поддержания электрического тока. Соответственно, если кожух 5 вентилятора принимает на себя удар молнии, ток молнии стекает с кожуха 5 вентилятора к соединительному несущему корпусу 30 на стороне участка 21 дистального конца направляющей лопатки 20 через монтажный фланец 5а и протекает к проводящему проводу 40 с болтов 34 и гаек 35 противолежащих стенок 30а и 30b. Затем ток молнии проходит через проводящий провод 40, протекает к соединительному несущему корпусу 31 от болтов 34 и гаек 35 противолежащих стенок 31а и 31b на стороне участка 22 проксимального конца и протекает к внутреннему цилиндру 3 на стороне секции 2 корпуса двигателя через монтажный фланец 32а рамы 32 вентилятора. Таким образом, даже если композитный материал используется в качестве направляющей лопатки 20, ток молнии, получаемый кожухом 5 вентилятора, может быть пропущен к секции 2 корпуса двигателя через проводящий провод 40.

[0030] Далее, поскольку проводящий провод 40 размещен между поверхностью 20а передней кромки направляющей лопатки 20 и обшивкой 23, проводящий провод 40 не выступает на поверхности направляющей лопатки 20 и не влияет на функцию направляющей лопатки 20 по управлению воздушным потоком. Кроме того, между проводящим проводом 40 и обшивкой 23, выполненной из металлического материала, помещен адгезив, который нанесен на внутреннюю поверхность обшивки 23, за счет чего адгезив выполняет также функцию покрытия для проводящего провода 40, при этом может быть предотвращено возникновение искры между проводящим проводом 40 и обшивкой 23.

[0031] Далее, обшивка 23, которая представляет собой металл для предотвращения разрушения, является относительно легко заменяемой, поскольку обшивку 23 заменяют каждый раз, как только она износилась, и когда обшивка 23 удалена для замены, проводящий провод 40 может быть определен визуально, за счет чего можно легко осуществить проверку проводящего провода 40.

[0032] Соответственно, в конструкции лопатки статора согласно варианту осуществления настоящего изобретения в турбовентиляторном реактивном двигателе 1 ток молнии, обусловленный ударом молнии, может быть отражен, обеспечивая одновременно функцию выполненной из композитного материала лопатки статора по управлению воздушным потоком, при этом может быть легко осуществлена проверка.

[0033] Кроме того, реактивный двигатель 1, который включает в себя подобную конструкцию лопатки статора, может обеспечить сопротивление удару молнии, одновременно имея легкий вес, высокую прочность и высокую долговечность, с помощью направляющей лопатки 20, которая выполнена из композитного материала.

[0034] Выше приведено пояснение настоящего варианта осуществления настоящего изобретения, но вариант осуществления настоящего изобретения этим не ограничен.

Например, на фиг.3В показан пример модификации конструкции лопатки статора согласно настоящему изобретению.

Фиг.3В отличается от описанного выше варианта осуществления настоящего изобретения, показанного на фиг.3А, только формой поверхности передней кромки направляющей лопатки 20. Другие составные части обозначены ссылочными позициями, идентичными позициям в описанном выше варианте осуществления настоящего изобретения, и их описание будет здесь пропущено.

[0035] В описанном выше варианте осуществления настоящего изобретения поверхность 20а передней кромки является поверхностью, которая находится вдоль направления толщины лопатки, тогда как поверхность 20b передней кромки в примере модификации имеет секцию, образующую поверхность (утопленная секция), которая выполнена виде С-образной выемки в соответствии с наружной периферической формой проводящего провода 40 (проводника). Подобная утопленная секция может быть выполнена на части передней кромки направляющей лопатки 20 или может быть выполнена по всей области передней кромки.

[0036] Поверхность 20b передней кромки направляющей лопатки 20b имеет подобную утопленную секцию, за счет чего проводящий провод 40 легко устанавливается в передней кромке направляющей лопатки 20, при этом может быть выполнена надежная электропроводка, которую трудно сместить, в дополнение к результату, полученному в описанном выше варианте осуществления настоящего изобретения.

[0037] Далее, по отношению к другим составным частям настоящее изобретение не ограничено описанным выше вариантом осуществления настоящего изобретения и примером модификации.

Например, в описанном выше варианте осуществления настоящего изобретения и примере модификации проводящий провод 40 установлен в передней кромке направляющей лопатки 20, но проводящий провод может быть покрыт обшивкой, для того чтобы не оказывать влияния на функцию направляющей лопатки по управлению воздушным потоком, и может быть принята такая конструкция, что утопленная секция, в которой может быть установлен проводящий провод, предусмотрена в области, в которой обшивка может быть прикреплена в секции передней кромки направляющей лопатки, при этом проводящий провод установлен в утопленной секции.

[0038] Далее, в каждом из описанных выше варианта осуществления настоящего изобретения и примера модификации предусмотрен только единичный проводящий провод 40, но может быть предусмотрено множество проводящих проводов. Кроме того, вместо проводящего провода может быть предусмотрен стержнеобразный или листообразный проводник.

Затем, в описанном выше варианте осуществления настоящего изобретения оба концевых участка проводящего провода 40 являются кольцевыми терминалами 40а и 40b, но могут быть использованы терминалы и других форм, такой как Y-образная. Кроме того, терминалы проводящего провода 40 не обязательно должны быть зафиксированы с помощью болтов 34 и гаек 35, могут быть использованы другие крепежные инструменты.

[0039] (Аспекты настоящего изобретения)

Первый аспект настоящего изобретения включает в себя кожух вентилятора турбовентиляторного реактивного двигателя, секцию корпуса двигателя турбовентиляторного реактивного двигателя, лопатку статора, которая соединяет кожух вентилятора и секцию корпуса двигателя и выполнена из композитного материала, полученного из термореактивной смолы или термопластичной смолы и армированного волокнами, металл для предупреждения разрушения, который покрывает по меньшей мере секцию передней кромки лопатки статора, пару соединительных несущих корпусов, которые соединяют первый конец лопатки статора и кожух вентилятора и второй конец лопатки статора и секцию корпуса двигателя и выполнены из металла, а также проводник, который проходит через пространство между секцией передней кромки лопатки статора и металлом для предотвращения разрушения и соединяет соединительные несущие корпуса на первом конце и втором конце лопатки статора.

[0040] Второй аспект настоящего изобретения заключается в том, что утопленная секция, которая удерживает проводник, выполнена в секции передней кромки лопатки статора.

Третий аспект настоящего изобретения заключается в том, что в качестве конструкции лопатки статора, которая входит в состав турбовентиляторного реактивного двигателя, используется лопатка статора согласно первому аспекту или второму аспекту.

Пояснение ссылочных позиций

1 Реактивный двигатель (турбовентиляторный реактивный двигатель)

2 Секция корпуса двигателя

3 Внутренний цилиндр двигателя

5 Кожух вентилятора

5a Монтажный фланец

20 Направляющая лопатка (лопатка статора)

20a, 20b Поверхность передней кромки

21 Участок дистального конца

22 Участок проксимального конца

30, 31 Соединительный несущий корпус

32 Рама вентилятора

32a Монтажный фланец

34 Болт

35 Гайка

40 Проводящий провод (проводник)

40a,40b Кольцевой терминал

1. Турбовентиляторный реактивный двигатель, содержащий:

кожух вентилятора;

секцию корпуса двигателя;

лопатку статора, которая соединяет кожух вентилятора и секцию корпуса двигателя и выполнена из композитного материала, полученного из термореактивной смолы или термопластичной смолы и армирующих волокон;

металлическую обшивку, которая покрывает по меньшей мере секцию передней кромки лопатки статора и предотвращает износ лопатки статора, обусловленный столкновением с частицами;

пару соединительных несущих корпусов, которые соединяют первый конец лопатки статора и кожух вентилятора, а также второй конец лопатки статора и секцию корпуса двигателя и выполнены из металла; и

проводник, который проходит через пространство между секцией передней кромки лопатки статора и металлической обшивкой и электрически соединяет соединительные несущие корпуса на первом конце и втором конце лопатки статора,

причем ток молнии, который принимает на себя кожух вентилятора, проходит к стороне секции корпуса двигателя через проводник.

2. Турбовентиляторный реактивный двигатель по п.1, в котором в секции передней кромки лопатки статора выполнена утопленная секция, которая удерживает проводник.