【CN109989938A】一种航空发动机的风扇叶片及其制作方法【专利】
航空发动机风扇静子叶片裂纹失效分析
航空发动机Aeroengine收稿日期：2019-07-21基金项目：航空动力基础研究项目资助作者简介：卜嘉利（1985），男，硕士，工程师，主要从事航空发动机故障零部件的失效分析工作；E-mail ：。
引用格式：卜嘉利，高志坤，牛建坤，等.航空发动机风扇静子叶片裂纹失效分析[J].航空发动机，2021，47（6）：91-95.BU Jiali ，GAO Zhikun ，NIU Ji⁃ankun ，et al.Crack failure analysis of a fan stator blade[J].Aeroengine ，2021，47（6）：91-95.航空发动机风扇静子叶片裂纹失效分析卜嘉利，高志坤，牛建坤，曹勇（中国航发沈阳发动机研究所，沈阳110015）摘要：针对某型航空发动机风扇静子叶片前缘靠近上缘板部位在振动疲劳试验结束后发现的裂纹故障，运用荧光探伤检测、断口宏微观分析、叶片表面划痕来历分析、源区表面检查、材质分析及有限元应力模拟分析等技术手段，对该裂纹的性质及萌生原因进行细致分析。
分析结果表明：故障风扇静子叶片裂纹的性质为高周疲劳，裂纹断口疲劳起源于叶片叶盆侧前缘靠近上缘板基体表面划痕处，呈多源线性起始特征。
疲劳源区距前缘距离约为2.3mm ，疲劳源区表面未见明显冶金缺陷，疲劳裂纹的萌生与叶片表面划痕有关。
建议严格控制振动光饰机中磨粒棱边的圆滑度，不应存有锋利棱角，避免在振动光饰时磨粒划伤叶片表面，降低叶片表面完整性，在叶片划伤部位出现应力集中现象。
关键词：风扇静子叶片；振动疲劳试验；疲劳裂纹；振动光饰；有限元分析；失效分析；航空发动机中图分类号：V232.4文献标识码：Adoi ：10.13477/ki.aeroengine.2021.06.016Crack Failure Analysis of a Fan Stator VaneBU Jia-li ，GAO Zhi-kun ，NIU Jian-kun ，CAO Yong（AECC Shenyang Engine Research Institute ，Shenyang 110015，China ）Abstract ：The crack initiation was found at the leading edge of the fan stator vane ，where was close to the upper edge plate ，after the vibration fatigue test finished.The crack property and emergence were identified by fluoroscopy ，fracture analysis ，surface inspection ，scratch analysis ，chemical composition analysis ，metallographic examination ，hardness inspection and finite element analysis.The results show that the property of the crack is high cycle fatigue fracture ，the fatigue of the crack fracture originates from the scratch on the front edge of the vane basin side close to the matrix surface of the upper edge plate ，the fatigue source region showed multi-source linear initialcharacteristics.The distance between the fatigue source area and the leading edge is about 2mm ，no obvious metallurgical defects arefound on the surface of the fatigue source area ，the initiation of the crack is related to the scratch of the vane surface.It is suggested that the smoothness of the abrasive grinding edges in vibration finishing machine should avoid scratching the vane surface by abrasive particles during vibration finishing ，reduce the integrity of the vane surface ，and stress concentration occurs at the scratched part of vane.Key words ：fan stator vane ；vibration fatigue test ；fatigue crack ；vibration finishing ；finite element analysis ；failure analysis ；aero⁃engine第47卷第6期2021年12月Vol.47No.6Dec.20210引言随着中国对航空发动机动力要求的不断提升，压气机部件气动负荷和性能指标也不断提高。
航空发动机制造技术_整体叶盘
• 整体叶盘的工装设 计应能够满足角向 定位和分度的要求， 满足翻面定位夹紧 的要求，并能够满 足机床摆角后的行 程。右图为粗加工 时的状态及工装使 用的情景。
焊接后的整体叶盘 数控加工面临的困难是 切除摩擦焊产生的焊接 飞边，由于此飞边又细 又高又硬，铣削时很容 易崩刃，摩擦焊挤出的 飞边容易从根部折断而 将整体叶盘上的材料带 走，铣削效率极低。因 此采用线切割或其他方 式比铣削方式可能更合 适
有什么优点？
1 省去了传统连接的榫头和榫槽形式， 简化了航空发动机结构，可使压气机 重降30%，提高了发动机推重比。
2 提高了结构的气动效率
3 整体叶盘的刚性好，平衡精度高， 延长转子使用寿命和提高可靠性。
应用
• 新型航空发动机设计 中普遍采用整体叶盘 结构。例如F414发动 机(右图)采用了共5级 的整体叶盘。
• 2、 线性摩擦焊接法 --它是先将叶片夹 紧在轮缘的叶根上, 并使轮盘周向以高 速振动,在叶片和轮 盘叶根界面产生一 个窄的摩擦加热区， 当加热区的温度达 到要求的温度时即 停止振动,叶片与轮 盘固定直至固结在 一起。
• 此法要比用实体毛坯加 工法更经济。欧洲战斗 机的EJ200 发动机的3级 低压压气机(右图)的整 体叶盘是线性摩擦焊接 技术成功应用的顶极标 志。
。
整体叶盘数控加工工艺设计
• 1 选择合适的机床 • 2 设计专用工装 • 3 数控铣削加工工艺过程 • 4 选择合适的刀具 • 5 采取有效的减振与变形控制措施
• 对整体叶盘进行数 控铣削最理想的机 床应该是带转台和 主轴、能够摆角的 五坐标卧式加工中 心，并且主轴的摆 角范围要足够大， 能够实现立卧转换。
• 此外，顺铣方式能明显减少加工振颤。双 面加工、减少刀具长度能有效减少刀具振 颤。进、排气边缘很薄，安排在叶片有一 定刚性的精加工前进行加工，能减少变形 与振颤。选择合理的切削参数，调整转速 和进给速度，可有效控制振动。
一种共轴式涵道风扇无人机的研制
一种共轴式涵道风扇无人机的研制
苏运德;徐林程;叶正寅
【期刊名称】《航空科学技术》
【年(卷),期】2014(000)003
【摘要】研制了一种新型共轴式涵道风扇无人机，这种无人机以涵道风扇系统为
主体，采用共轴式双桨克服转矩，利用导流片实现姿态控制。
应用CFD方法研究
了无人机的气动性能，并进行了试飞。
CFD分析和试飞证实了共轴式涵道风扇技
术在垂直起落无人机上应用的可行性。
【总页数】5页(P40-44)
【作者】苏运德;徐林程;叶正寅
【作者单位】西北工业大学航空学院，陕西西安 710072;西北工业大学航空学院，陕西西安 710072;西北工业大学航空学院，陕西西安 710072
【正文语种】中文
【中图分类】V271.4+92
【相关文献】
1.小型涵道风扇式无人机自适应预测控制律设计 [J], 徐旻;范宁军;吴炎煊;王正杰
2.旋翼/涵道风扇共轴式无人直升机操稳特性研究 [J], 王宏强;王道波;段海滨
3.共轴式涵道无人机双桨布局气动特性研究 [J], 杜雄春;蒋炳炎;阳衡;庄超玮
4.基于APM飞控技术系留式共轴双旋翼无人机系统设计 [J], 李松炜;陈天福;李丽;李贤丽
5.我国首架共轴式无人驾驶直升机研制成功 [J], 雨涛
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【CN109915325A】一种新能源风能扇叶【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910191708.2(22)申请日 2019.03.13(71)申请人 合肥大伞新能源有限公司地址 230000 安徽省合肥市包河区马鞍山南路660号绿地赢海国际大厦D座812室(72)发明人 张英 徐明芳 王红星 (74)专利代理机构 北京联瑞联丰知识产权代理事务所(普通合伙) 11411代理人 苏友娟(51)Int.Cl.F03D 13/10(2016.01)F03D 80/50(2016.01)(54)发明名称一种新能源风能扇叶(57)摘要本发明公开了一种新能源风能扇叶，包括转动组件、扇叶与扇叶固定件，转动组件包括底盘、套筒、底筒、转轴与固定柱，底筒固定在底盘上，其远离底盘的一端设置有转轴，转轴底端插接在底筒上，转轴顶端设置有套筒，转轴穿过套筒并延伸至套筒外，转轴穿过套筒的上端设置有固定柱，其与固定柱螺纹连接；套筒套接在转轴外，套筒上间隔分布有螺纹孔道，套筒的上下两端分别设置有上夹板与下夹板；上夹板设置于下夹板上，上夹板固定套接在套筒上，其与下夹板之间形成一夹紧槽；下夹板中部开设有通孔，其活动套接在套筒上，下夹板可沿套筒长度方向移动，下夹板上设置有紧固件。
本发明便于维护人员的维修和更换扇叶，从而减少了安装和维护的时间。
权利要求书1页 说明书3页 附图1页CN 109915325 A 2019.06.21C N 109915325A权 利 要 求 书1/1页CN 109915325 A1.一种新能源风能扇叶，其特征在于，包括转动组件(1)、扇叶(10)与扇叶固定件(11)，所述转动组件(1)包括底盘(2)、套筒(3)、底筒(4)、转轴(5)与固定柱(6)，底筒(4)固定在底盘(2)上，其远离底盘(2)的一端设置有转轴(5)，转轴(5)底端插接在底筒(4)上，转轴(5)顶端设置有套筒(3)，转轴(5)穿过套筒(3)并延伸至套筒(3)外，转轴(5)穿过套筒(3)的上端设置有固定柱(6)，其与固定柱(6)螺纹连接；所述套筒(3)套接在转轴(5)外，套筒(3)上间隔分布有螺纹孔道(31)，套筒(3)的上下两端分别设置有上夹板(7)与下夹板(8)；所述上夹板(7)设置于下夹板(8)上，上夹板(7)固定套接在套筒(3)上，其与下夹板(8)之间形成一夹紧槽(9)；所述下夹板(8)中部开设有通孔，其活动套接在套筒(3)上，下夹板(8)可沿套筒(3)长度方向移动，下夹板(8)上设置有紧固件(81)，紧固件(81)与螺纹孔道(31)对应配合，紧固件(81)穿过下夹板(8)并延伸至套筒(3)处，其与套筒(3)上设置的螺纹孔道(31)螺纹连接。
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(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910226426.1
(22)申请日 2019.03.22
(71)申请人 中国科学院工程热物理研究所
地址 100190 北京市海淀区北四环西路11
号
(72)发明人 郑会龙 康振亚 姚俊 杨肖芳
赵世迁 张谭
(74)专利代理机构 中科专利商标代理有限责任
公司 11021
代理人 周天宇
(51)Int.Cl.
F04D 29/30(2006.01)
F04D 29/38(2006.01)
F04D 29/02(2006.01)
F02K 3/04(2006.01)
(54)发明名称
一种航空发动机的风扇叶片及其制作方法
(57)摘要
一种航空发动机的风扇叶片，包括：镂空金
属骨架(1)，包括叶身(11)，所述叶身(11)的截面
形状为弧形双箭头，叶身(11)的凹面为叶身(11)
的叶盆(112)，叶身(11)的凸面为叶身(11)的叶
背(113)，叶身(11)上设有多个矩形孔(111)，矩
形孔(111)贯通叶盆(112)和叶背(113)；内固化
层(2)，其覆盖于叶盆(112)和叶背(113)的外表
面，并贯通矩形孔(111)；外固化层(3)，其覆盖于
内固化层(2)和镂空金属骨架(1)的外表面；金属
包边(4)，其设于外固化层(3)的先迎风端。
利用
金属骨架的结构强度提高复合材料叶片的抗冲
击强度，并利用树脂基复合材料降低叶片的重
量，对于提高航空发动机的推重比与综合战术指
标具有重要意义。
权利要求书1页 说明书4页 附图8页CN 109989938 A 2019.07.09
C N 109989938
A
权 利 要 求 书1/1页CN 109989938 A
1.一种航空发动机的风扇叶片，其特征在于，包括：
镂空金属骨架(1)，包括叶身(11)，所述叶身(11)的截面形状为弧形双箭头或鱼刺形，所述叶身(11)的凹面为叶盆(112)，所述叶身(11)的凸面为叶背(113)，所述叶身(11)上设有多个矩形孔(111)，所述矩形孔(111)贯通所述叶盆(112)和叶背(113)；
内固化层(2)，其覆盖于所述叶盆(112)和叶背(113)的外表面，并贯通所述矩形孔(111)；
外固化层(3)，其覆盖于所述内固化层(2)和镂空金属骨架(1)的外表面；
金属包边(4)，其设于所述外固化层(3)的先迎风端。
2.根据权利要求1所述的风扇叶片，其特征在于，还包括多个加强板(5)，所述多个加强板(5)插设于所述外固化层(3)和/或内固化层(2)。
3.根据权利要求1所述的风扇叶片，其特征在于，所述加强板(5)的材料为Z-pin。
4.根据权利要求1所述的风扇叶片，其特征在于，所述矩形孔上设有圆形倒角。
5.根据权利要求1所述的风扇叶片，其特征在于，所述内固化层(2)由纤维和树脂固化而成。
6.根据权利要求1所述的风扇叶片，其特征在于，所述镂空金属骨架(1)与所述金属包边(4)空间交叠。
7.根据权利要求1所述的风扇叶片，其特征在于，所述外固化层(3)的材料为预浸料。
8.根据权利要求1所述的风扇叶片，其特征在于，所述镂空金属骨架(1)还包括榫根(12)，所述叶身(11)垂直设于所述榫根(12)的表面。
9.根据权利要求8所述的风扇叶片，其特征在于，所述叶身(11)与所述榫根(12)距离最远的表面为所述叶身(11)的叶顶(114)，所述叶身(11)表面设有至少一条凸起(115)，每一所述凸起(115)从榫根(12)延伸至所述叶顶(114)。
10.一种航空发动机的风扇叶片的制作方法，其特征在于，包括：
S1，采用机械加工或3D打印技术生成所述镂空金属骨架(1)；
S2，采用铺缝法将纤维和树脂固化于所述镂空金属骨架(1)的叶盆(112)和叶背(113)，生成内固化层(2)；
S3，采用预浸料覆盖所述固化层(2)和镂空金属骨架(1)的外表面生成外固化层(3)，并在覆盖所述固化层(2)和镂空金属骨架(1)的外表面的同时镶嵌所述加强板(5)；
S4，采用金属板覆盖所述外固化层(3)的先迎风端，生成所述金属包边(4)。
2。