【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于涡轮风扇发动机(ducted fan engine，有时也称为涵道风扇发动机)的转子及形成用于涡轮风扇发动机的转子的方法。
技术介绍
1、已知转子被用在平面风扇发动机中。这些转子通常由提供耐久性和机械稳定性的金属材料制成。还已知搜索更轻的材料来减轻这种转子的重量从而减轻相应装配的平面的总体重量。这种轻量型材料的一种可能性是包括聚合物基质材料和增强纤维的所谓复合材料。通常只有一种类型的聚合物基质和纤维组合被用在飞机中。特别地，作为聚合物基质的基质中嵌入有连续或所谓无端纤维的增强纤维。这种连续纤维的使用允许在制造过程期间在聚合物基质中具体定向这种纤维。这导致一种构造，其中，在每个转子叶片的聚合体中，这些连续纤维的方向和定向是公知的。由于提供用于施加到这种转子叶片的载荷的载荷路径的机械稳定性和可能性与增强纤维的定向强相关，所以关于这种定向的知识对于计算稳定性并相应地构造转子叶片是很重要的。因此，在提供轻量型转子叶片的常见努力中，只可能在聚合物基质中使用这种连续纤维作为增强纤维来生产这样的转子叶片。
2、当前情况的一个问题在于，在聚合物基质中应用无端或连续纤维对于简单形状的转子叶片相对简单，但是对于更复杂的结构，特别是在这些叶片附接到轴的根段，无端纤维代表挑战或者制造方法的复杂性显著增加。因此，根据目前的知识，这些复合材料转子叶片与由(例如)钢铁制成的常规轴毂结合使用，以提供到驱动轴的连接并支持这些转子叶片承载驱动载荷。
3、当前方案的另一个缺点在于，转子叶片不仅需要提供用于承载驱动载荷的稳定性
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于至少部分解决上述问题。特别地，本专利技术的目的在于提供一种简单且成本高效的方式来在保持复合材料转子的高机械稳定性的同时减轻重量。
2、上述目的通过根据独立权利要求1的特征的转子和根据独立权利要求13的方法来实现。与独立权利要求1相关地提到的特征可以与方法权利要求的相关特征自由结合，反之亦然。
3、根据本专利技术，构造了一种用于涡轮风扇发动机的转子。这种转子包括多个转子叶片，每个转子叶片具有叶片主体，叶片主体具有连接到驱动轴以接收主驱动载荷从而提供主载荷路径的根段。另外，这种叶片主体包括位于叶片主体的对端的尖段。多个转子叶片被周向布置来形成所述转子。另外，转子包括旋转对称的载荷承载元件，该载荷承载元件在载荷承载段中与多个叶片主体传力接触。这种载荷承载段位于所有叶片主体的根段和尖段之间，因此载荷承载元件可以提供用于叶片主体的反作用载荷的至少一部分的辅载荷路径。另外，转子叶片的叶片主体由包括聚合物基质和嵌入在该聚合物基质中的连续增强纤维制成。载荷承载元件也由包括聚合物基质的复合材料制成，但是它还包括嵌入在这种聚合物基质中的短切增强纤维。
4、根据本专利技术，转子由复合材料制成，因此提供了轻量型构造和用于飞机时的总体重量的相应减少的可能性。为了提供作为主要功能元件本身的转子叶片的稳定性，用于这些叶片主体的复合材料包括具有已知的连续增强纤维的聚合物基质。这意味着叶片主体可以通过公知方式构造，从而提供承载来自旋转轴的驱动载荷的必要且公知的机械稳定性。
5、与公知知识相反，辅载荷(即，施加在转子叶片上的反作用载荷)的机械稳定性现在被从叶片主体至少部分地转移到形成为根据本专利技术的载荷承载元件的辅助元件。因此，这种载荷承载元件与到轴的连接分离，从而提供单独的所谓辅载荷路径来至少部分地承载像来自叶片主体的反作用力的这些辅载荷。由于这种载荷承载元件与所有叶片主体传力接触，所以它可以承载来自所有叶片主体的反作用载荷。另外，传输力的传输接触部位于尖段和根段之间，从而在转子叶片的尖段处的反作用力和叶片主体的中间载荷承载段中的辅载荷路径中的相应传输之间创建了杠杆效应。对于导致中央轮毂处的相应反作用力的任何冲击也是这样，其中，轴在中央轮毂连接到转子叶片。
6、根据以上讨论，载荷承载段因此位于在叶片主体的尖段和叶片主体的根段之间并且与它们间隔开的中间部分中。例如，载荷承载元件可以形成围绕驱动轴从而在这个圆周延伸中连接整个叶片主体从而连接转子叶片的某种对称环。如后面所讨论的，载荷承载元件可以提供进一步的功能，尤其是增强转子本身的空气动力学功能。
7、根据本专利技术，主要目的在于将高机械稳定性与最大重量减少相结合。为了实现这个目标，本专利技术提供了具有复合材料(例如，轻量型材料)的载荷承载元件。由于载荷承载元件立即将辅载荷与主载荷分开，所以可以不使用公知的连续或无端纤维而是使用所谓的短切或短纤维来构造载荷承载元件的复合材料。
8、由于短切或短纤维在载荷承载元件的复合材料的基质材料中被随机定向，所以关于机械稳定性和机械阻力的定向的知识相比使用无端或连续纤维的情况不太可预测。但是，更复杂结构的构造(尤其是像本专利技术的载荷承载元件的复杂的圆周且旋转对称结构)比使用连续纤维的情况更容易生产。在飞机中，在稳定性预测方面最关键的载荷是通过轮毂从转轴中心施加到多个转子叶片的驱动载荷。该主要载荷或驱动载荷仍然可以使用由叶片主体的基质材料中的连续纤维提供的增强稳定性来传输。由载荷承载元件提供的、必需的额外机械稳定性现在由使用短切纤维的更便宜、更不复杂的材料提供。因此，相同的轻量优点可以应用于载荷承载元件，而不需要限制生产充满载荷承载元件的复杂结构的复杂性。换言之，本专利技术允许将复合材料的轻量优点与转子结构的不同元件的不同复杂性相结合。这种结合仅由于对于驱动载荷的主载荷处理和对于至少部分在载荷承载元件中分离的反作用载荷的辅载荷处理的分离而变得可能。
9、根据本专利技术，当载荷承载元件和转子叶片被形成为整体构造时是有优势的。当总体结合和传力接触也可以由形状配合接触等的机械接触提供时，叶片主体的载荷承载段和载荷承载元件之间的整体构造的材料桥是有优势的。这可以使用硫化两个接触元件的材料的粘合剂，通过焊接步骤或热塑性熔融步骤来实现。整体结合尤其与使用热塑塑料作为用于叶片主体和载荷承载元件的聚合物基质材料有关。通过将基质材料熔化在一起实现了整体构造，从而允许这两个元件之间以机械稳定性增加的方式粘接，从而提供后面更详细描述的更简单的制造方法。
10、另外，根据本专利技术，叶片主体的聚合物基质和载荷承载元件的聚合物基质可以是从同一组材料(尤其是热塑塑料)中选择的。如上面已经提到的，优选地是提供叶片主体和载荷承载元件的整体构造。实现这种整体构造的一种优选方式是使用可以焊接或熔化在一起的热塑塑料。特别地，通过使用具有相似或基本相同的熔点的热塑塑料，焊接步骤以及两个元件的两种基质材料的熔化成为可能，并且可以进一步实现载荷承载元件和叶片主体之间的材料连接。这种热塑塑料可以包括像peek和pekk的高性能热塑塑料。替代地，对于相似或相同的熔点，载荷承载元件的基质材料的熔点显著高于叶片主体的基质材本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于涡轮风扇发动机(100)的转子(10)，包括：
2.根据权利要求1所述的转子(10)，其特征在于，所述载荷承载元件(30)和所述转子叶片(20)被形成为整体构造。
3.根据前述权利要求中任一项所述的转子(10)，其特征在于，所述叶片主体(22)的聚合物基质和所述载荷承载元件(30)的聚合物基质是从相同的材料组中选择的，尤其是热塑塑料。
4.根据前述权利要求中任一项所述的转子(10)，其特征在于，所述载荷承载元件(30)包括主载荷承载部(32)和辅载荷承载部(34)，其中，所述主载荷承载部(32)与所述叶片主体(22)的所述载荷承载段(28)传力接触，所述辅载荷承载部(34)与所述叶片主体(22)的所述根段(24)传力接触。
5.根据前述权利要求中任一项所述的转子(10)，其特征在于，所述载荷承载元件(30)在轴向方向(AD)中至少部分地延伸超过所述叶片主体(22)的所述载荷承载段(28)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的转子(10)，其特征在于，所述载荷承载元件(30)的外表面(31)包括空气动力学功能形
7.根据权利要求6所述的转子(10)，其特征在于，所述载荷承载元件(30)按照创建尖鼻部(36)的旋转对称的弯曲形状，轴向延伸超过所述叶片主体(22)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的转子(10)，其特征在于，所述载荷承载元件(30)提供空腔(38)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的转子(10)，其特征在于，所述叶片主体(22)以线性或基本线性的方式在所述根段(24)和所述载荷承载段(28)之间延伸。
10.根据前述权利要求中任一项所述的转子(10)，其特征在于，所述叶片主体(22)的所述载荷承载段(28)包括至少部分地沿着所述转子(100)的轴向方向(AD)延伸的接触面(29)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的转子(10)，其特征在于，所述载荷承载元件(30)至少在到所述叶片主体(22)的接触段处包括圆角边缘。
12.根据前述权利要求中任一项所述的转子(10)，其特征在于，所述转子(10)包括以下几何尺寸中的至少一个：
13.一种形成具有根据权利要求1至12中任一项所述的特征的转子(10)的方法，包括以下步骤：
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，对于两个模制步骤，使用注入成型处理。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，在第二模制步骤中，所述载荷承载元件(30)的聚合物基质的模制温度被设置在所述叶片主体(22)的聚合物基质材料的熔化温度处或以上。
...【技术特征摘要】
1.一种用于涡轮风扇发动机(100)的转子(10)，包括：
2.根据权利要求1所述的转子(10)，其特征在于，所述载荷承载元件(30)和所述转子叶片(20)被形成为整体构造。
3.根据前述权利要求中任一项所述的转子(10)，其特征在于，所述叶片主体(22)的聚合物基质和所述载荷承载元件(30)的聚合物基质是从相同的材料组中选择的，尤其是热塑塑料。
4.根据前述权利要求中任一项所述的转子(10)，其特征在于，所述载荷承载元件(30)包括主载荷承载部(32)和辅载荷承载部(34)，其中，所述主载荷承载部(32)与所述叶片主体(22)的所述载荷承载段(28)传力接触，所述辅载荷承载部(34)与所述叶片主体(22)的所述根段(24)传力接触。
5.根据前述权利要求中任一项所述的转子(10)，其特征在于，所述载荷承载元件(30)在轴向方向(ad)中至少部分地延伸超过所述叶片主体(22)的所述载荷承载段(28)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的转子(10)，其特征在于，所述载荷承载元件(30)的外表面(31)包括空气动力学功能形状。
7.根据权利要求6所述的转子(10)，其特征在于，所述载荷承载元件(30)按照创建尖鼻部(36)的旋转对称的弯曲形状，轴向延伸超过所述叶片主体(2...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·克罗尔曼，C·比尔，
申请(专利权)人：莉莉姆飞机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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