本發(fā)明涉及航空發(fā)動機(jī)，具體為一種采用陶瓷纖維層疊的復(fù)合材料空心渦輪工作葉片結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、陶瓷基復(fù)合材料因其耐高溫和低密度的優(yōu)勢，有望用于航空發(fā)動機(jī)及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的高溫部件，特別是高溫轉(zhuǎn)動構(gòu)件，如渦輪工作葉片，陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件的纖維排布方式對最終的復(fù)合材料性能具有決定性影響，因此陶瓷基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的纖維排布設(shè)計是十分重要的，采用連續(xù)纖維增強(qiáng)/增韌的陶瓷基復(fù)合材料制備工作載荷較大的渦輪轉(zhuǎn)子葉片時，需要將纖維方向設(shè)置為載荷傳遞方向一致，以充分發(fā)揮陶瓷纖維的載荷傳遞優(yōu)勢，從而得到受載形式最優(yōu)的工作葉片結(jié)構(gòu)形式。

2、然而目前的葉片結(jié)構(gòu)的載荷傳遞形式不佳，且纖維疊層方式與葉片構(gòu)型不匹配，需要經(jīng)后期大量的加工，針對上述問題，發(fā)明人提出一種采用陶瓷纖維層疊的復(fù)合材料空心渦輪工作葉片結(jié)構(gòu)用于解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決目前的葉片結(jié)構(gòu)的載荷傳遞形式不佳以及葉片與構(gòu)型不匹配的問題；本發(fā)明的目的在于提供一種采用陶瓷纖維層疊的復(fù)合材料空心渦輪工作葉片結(jié)構(gòu)。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種采用陶瓷纖維層疊的復(fù)合材料空心渦輪工作葉片結(jié)構(gòu)，包括纖維層疊的一體化葉身和榫頭、第一葉片緣板和纖維層疊的葉片榫頭包裹層，所述纖維層疊的一體化葉身和榫頭、第一葉片緣板和纖維層疊的葉片榫頭包裹層相互配合，所述纖維層疊的一體化葉身和榫頭包括葉身本體，所述葉身本體一端設(shè)有沿著葉型的燕尾榫頭，所述沿著葉型的燕尾榫頭之間設(shè)有一段葉身榫頭過渡區(qū)，所述第一葉片緣板中部開設(shè)有開孔，所述第一葉片緣板包括第二葉片緣板，所述開孔的位于該第二葉片緣板上，所述纖維層疊的葉片榫頭包裹層上端設(shè)置了第一貼合部，所述纖維層疊的葉片榫頭包裹層垂直與第一貼合部的一側(cè)設(shè)置了第二貼合部。

3、優(yōu)選地，所述葉身本體部位采用多層纖維層疊后卷曲形成葉片型面，所述葉身本體按照葉片型面進(jìn)行陶瓷纖維層疊，所述葉身本體纖維層沿葉身本體厚度層疊彎曲，并在葉片尾緣位置進(jìn)行縫合或針刺形成封閉的型面，所述沿著葉型的燕尾榫頭的榫頭部位為燕尾型，燕尾型部位的小陶瓷纖維織物一部分為葉身部位的織物延伸而來，所述沿著葉型的燕尾榫頭與葉身榫頭過渡區(qū)相互配合。

4、優(yōu)選地，所述開孔的身型與葉身本體身型面一致，所述開孔與纖維層疊的一體化葉身和榫頭相互配合，所述第二葉片緣板與第一貼合部相貼合。

5、優(yōu)選地，所述纖維層疊的葉片榫頭包裹層底部開通有氣孔，所述氣孔位于葉片處，所述纖維層疊的葉片榫頭包裹層底部的氣孔身型小于葉片的身型，所述第一貼合部為纖維層疊的葉片榫頭包裹層外翻后與第二葉片緣板貼合的部分，所述第二貼合部與纖維層疊的一體化葉身和榫頭相互配合，所述第二貼合部與纖維層疊的一體化葉身和榫頭的一部分貼合，第二貼合部為纖維層疊的葉片榫頭包裹層與纖維層疊的一體化葉身和榫頭中榫頭區(qū)域貼合的部分。

6、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

7、1、通過設(shè)置陶瓷纖維的方向、層疊、插層、填充等方式，構(gòu)成完整的復(fù)合材料空心渦輪葉片結(jié)構(gòu)，該葉片具有較好的載荷傳遞形式，且纖維層疊方式與葉片構(gòu)型匹配，不用經(jīng)過后期的大量加工，即可實(shí)現(xiàn)葉片的最終要求；

8、2、復(fù)合材料渦輪葉片葉身本體采用多層纖維織物層疊構(gòu)成，并在葉片排氣邊位置縫合構(gòu)成封閉的空腔結(jié)構(gòu)，葉身纖維織物層延伸至榫頭，順頭通過纖維插層實(shí)現(xiàn)燕尾型，該纖維層疊結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料工作葉片可較方便的控制葉身本體織物的層數(shù)來控制葉片空腔的壁厚，實(shí)現(xiàn)葉身的彎扭構(gòu)型，延伸至榫頭的葉身本體織物形成了連續(xù)的葉片冷卻氣空腔，形成了空心葉身本體結(jié)構(gòu)，同時葉身本體的工作載荷可通過連續(xù)至榫頭的織物層順暢的傳遞工作葉片工作時葉身本體的離心拉伸載荷，整個復(fù)合材料葉片的纖維層均按照葉片的最終構(gòu)型進(jìn)行纖維織物層疊，因此葉片最后需要機(jī)械加工的余量較??；

9、3、復(fù)合材料空心渦輪葉片主要由葉身本體和榫頭兩部分構(gòu)成，葉片的增強(qiáng)纖維均采用陶瓷纖維平面織物，葉身本體部位采用多層纖維層疊后卷曲形成葉片型面，并在葉身本體排氣邊的位置采用縫合或針刺的方式形成封閉的空腔，榫頭部位為燕尾型，燕尾型部位的小陶瓷纖維織物一部分為葉身本體部位的織物延伸而來，同時在榫頭位置設(shè)置纖維織物插層的方式形成燕尾型榫頭的厚度變化以及完整的榫頭結(jié)構(gòu)，榫頭的插層纖維織物采用針刺或縫合。

技術(shù)特征：

1.一種采用陶瓷纖維層疊的復(fù)合材料空心渦輪工作葉片結(jié)構(gòu)，包括纖維層疊的一體化葉身和榫頭(1)、第一葉片緣板(2)和纖維層疊的葉片榫頭包裹層(3)，其特征在于：所述纖維層疊的一體化葉身和榫頭(1)、第一葉片緣板(2)和纖維層疊的葉片榫頭包裹層(3)相互配合，所述纖維層疊的一體化葉身和榫頭(1)包括葉身本體(11)，所述葉身本體(11)一端設(shè)有燕尾榫頭(13)，所述葉身本體(11)與燕尾榫頭(13)之間設(shè)有葉身榫頭過渡區(qū)(12)，所述第一葉片緣板(2)中部開設(shè)有開孔(22)，所述第一葉片緣板(2)包括第二葉片緣板(21)，所述開孔(22)的位于該第二葉片緣板(21)上，所述纖維層疊的葉片榫頭包裹層(3)上端設(shè)置了第一貼合部(31)，所述纖維層疊的葉片榫頭包裹層(3)垂直與第一貼合部(31)的一側(cè)設(shè)置了第二貼合部(32)。

2.如權(quán)利要求1所述的一種采用陶瓷纖維層疊的復(fù)合材料空心渦輪工作葉片結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述葉身本體(11)部位采用多層纖維層疊后卷曲形成葉片型面，所述葉身本體(11)按照葉片型面進(jìn)行陶瓷纖維層疊，所述葉身本體(11)纖維層沿葉身本體(11)厚度層疊彎曲，并在葉片尾緣位置進(jìn)行縫合或針刺形成封閉的型面。

3.如權(quán)利要求1所述的一種采用陶瓷纖維層疊的復(fù)合材料空心渦輪工作葉片結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述沿著葉型的燕尾榫頭(13)的榫頭部位為燕尾型，燕尾型部位的小陶瓷纖維織物一部分為葉身部位的織物延伸而來。

4.如權(quán)利要求1所述的一種采用陶瓷纖維層疊的復(fù)合材料空心渦輪工作葉片結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述沿著葉型的燕尾榫頭(13)與葉身榫頭過渡區(qū)(12)相互配合。

5.如權(quán)利要求1所述的一種采用陶瓷纖維層疊的復(fù)合材料空心渦輪工作葉片結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述開孔(22)的身型與葉身本體(11)身型面一致，所述開孔(22)與纖維層疊的一體化葉身和榫頭(1)相互配合。

6.如權(quán)利要求1所述的一種采用陶瓷纖維層疊的復(fù)合材料空心渦輪工作葉片結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二葉片緣板(21)與第一貼合部(31)相貼合。

7.如權(quán)利要求1所述的一種采用陶瓷纖維層疊的復(fù)合材料空心渦輪工作葉片結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述纖維層疊的葉片榫頭包裹層(3)底部開通有氣孔(33)，所述氣孔位于葉片處。

8.如權(quán)利要求7所述的一種采用陶瓷纖維層疊的復(fù)合材料空心渦輪工作葉片結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述纖維層疊的葉片榫頭包裹層(3)底部的氣孔(33)身型小于葉片的身型。

9.如權(quán)利要求1所述的一種采用陶瓷纖維層疊的復(fù)合材料空心渦輪工作葉片結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一貼合部(31)為纖維層疊的葉片榫頭包裹層(3)外翻后與第二葉片緣板(21)貼合的部分。

10.如權(quán)利要求1所述的一種采用陶瓷纖維層疊的復(fù)合材料空心渦輪工作葉片結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二貼合部(32)與纖維層疊的一體化葉身和榫頭(1)相互配合，所述第二貼合部(32)與纖維層疊的一體化葉身和榫頭(1)的一部分貼合，第二貼合部(32)為纖維層疊的葉片榫頭包裹層(3)與纖維層疊的一體化葉身和榫頭(1)中榫頭區(qū)域貼合的部分。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種采用陶瓷纖維層疊的復(fù)合材料空心渦輪工作葉片結(jié)構(gòu)，涉及航空發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域；而本發(fā)明包括纖維層疊的一體化葉身和榫頭、第一葉片緣板和纖維層疊的葉片榫頭包裹層，纖維層疊的一體化葉身和榫頭、第一葉片緣板和纖維層疊的葉片榫頭包裹層相互配合，纖維層疊的一體化葉身和榫頭包括葉身本體，葉身本體一端設(shè)有沿著葉型的燕尾榫頭，沿著葉型的燕尾榫頭之間設(shè)有一段葉身榫頭過渡區(qū)，第一葉片緣板中間設(shè)置了開孔，通過設(shè)置陶瓷纖維的方向、層疊、插層、填充等方式，構(gòu)成完整的復(fù)合材料空心渦輪葉片結(jié)構(gòu)，該葉片具有較好的載荷傳遞形式，且纖維層疊方式與葉片構(gòu)型匹配，不用經(jīng)過后期的大量加工，即可實(shí)現(xiàn)葉片的最終要求。

技術(shù)研發(fā)人員：陳玉龍,由博杰,成來飛,張毅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/29