Повышение стойкости к фреттинг-износу хвостовика лопатки из полимерного композиционного материала

Т. Д. Каримбаев, Д. В. Афанасьев, Д. В. Матюхин, М. А. Орлов

Аннотация


Полимерные композиционные материалы (ПКМ) находят всё более широкое применение в авиадвигателестроительной отрасли. Важной задачей при создании отечественного двигателя последнего поколения является разработка технологии изготовления лопатки вентилятора из ПКМ, отвечающей необходимым прочностным требованиям. Одной из проблем, с которой придётся столкнуться при эксплуатации, является износ хвостовика лопатки, возникающий из-за циклических микроперемещений в замковом соединении под действием внешних сил. Существует несколько технических решений для борьбы с износом контактных поверхностей хвостовика лопаток из ПКМ, которые принципиально можно разделить на три группы: изготовление замковой части из металла и использование известных методов борьбы с износом, использование заменяемых специальных вставок между контактными поверхностями хвостовика лопатки и паза диска, применение упругих и демпфирующих элементов. В работе рассмотрен метод борьбы с износом, принципиальная особенность которого заключается в прошивке преформы лопатки арамидной нитью, формирующей на поверхности слой с более высокой износостойкостью. С целью проверки эффективности предложенного конструктивного решения были изготовлены модельные лопатки и проведены испытания на электродинамическом вибростенде.


Ключ. слова


Газотурбинный двигатель; лопатка вентилятора; полимерный композиционный материал; фреттинг-износ; циклические испытания; технология автоматической нашивки ровинга

Полный текст:

PDF

Список литературы

1. Уотерхауз Р. Б. Фреттинг-коррозия. Л.: Машиностроение, 1976. 272 с.

2. Филимонов Г.Н., Балацкий Л.Т. Фреттинг в соединениях судовых деталей. Л.: Судостроение, 1973. 296 с.

3. Голего Н.Л., Алябьев А.Я., Шевеля В.В. Фреттинг-коррозия металлов. Киев: Техника, 1974. 272 с.

4. Петухов А.Н. Метод оценки предела выносливости деталей при фреттинг-коррозии // В сб.: «Проблемы прочности и динамики в двигателестроении». Вып 3. М.: ЦИАМ, 1985. С. 225-238.

5. Петухов А.Н. Сопротивление усталости деталей ГТД. М.: Машиностроение, 1993. 232 с.

6. Петухов А.Н. Фреттинг-коррозия и фреттинг-усталость в малоподвижных соединениях // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королёва. 2006. № 2 (10), ч. 1. С. 115-120.

7. Горюнов В.Н., Гринберг П.Б., Тарасов Е.Е., Полещенко К.Н. Влияние поверхностной модификации на фреттингостойкость материалов энергоустановок и газотурбинных двигателей // Вестник Омского университета. 2012. № 2 (64). С. 241-244.

8. Соловьев А.А. Повышение стойкости к износу лопаток ГТД методом лазерной обработки // Вестник СибАДИ. 2010. № 4 (18). С. 14-17.

9. Смыслов А.М., Селиванов К.С. Разработка и исследование технологических методов повышения фреттинг-стойкости рабочих лопаток из титановых сплавов // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2007. Т. 9, № 1 (19). С. 77-83.

10. Kray N.J., Finn S.R., Baehmann P.L., Shim D.-J., Gemeinhardt G.C. Attachment of composite article. Patent no. US9777579B2. (Publ. 2017.10.03)

11. Kray J.N., Gemeinhardt G.C., Jadhav P.K. Klei D.E., Nandula Ph., Subramanian S. Composite compressor blade and method of assembling. Patent no. US20160130955A1. (Publ. 2016.05.12)

12. Blanchard S.P.G., Illand H., Renon G. J.-C. R., Roussille C. Composite material turbomachine blade with a reinforced root. Patent no. US20100189562Al. (Publ. 2010.07.29)

13. Liotta G.C., Garcia-Crespo A. Composite turbine bucket assembly. Patent no. US8727730B2. (Publ. 2014.05.20)

14. Kray N.J., Li Q. Composite blade root stress reducing shim. Patent no. US20160333889A1. (Publ. 2016.11.17)

15. Li Q., Kray N.J., Finn S.R. Composite airfoil metal patch. Patent no. US20160341052A1. (Publ. 2016.11.24)

16. Cairo R.R., Parolini J.R., McConnell Delvaux J. Apparatus and method to reduce wear and friction between CMC-to-metal attachment and interface. Patent no. US9500083B2. (Publ. 2016.11.22)

17. Cairo R.R. Apparatus and method for reducing wear in disk lugs. Patent no. US8282356B2. (Publ. 2012.10.09)

18. Care I.C.D., Jevons M.P. Retainer plate. Patent no. US9803648B2. (Publ. 2017.10.31)

19. Radomski S.A. Retention device for a composite blade of a gas turbine engine. Patent no. US9039379B2. (Publ. 2015.05.26)

20. Mattheij P., Gliesche K., Feltin D. Tailored fiber placement-mechanical properties and applications // Journal of Reinforced Plastics and Composites. 1998. V. 17, Iss. 9. P. 774-786. DOI: 10.1177/073168449801700901

21. Грелен Э. Способ изготовления преформы: патент РФ № 2609168; опубл. 30.01.2017; бюл. № 4.

22. Каримбаев Т.Д., Луппов А.А., Афанасьев Д.В. Рабочие лопатки вентиляторов из углепластика для перспективных двигателей // Двигатель. 2011. № 6 (78). С. 4-9.

23. Luong M.P. Infrared thermographic scanning of fatigue in metals // Nuclear Engineering and Design. V. 158, Iss. 2-3. P. 363-376. DOI: 10.1016/0029-5493(95)01043-H

24. Kratochvil J., Dillon O.W. Thermodynamics of elastic-plastic materials as a theory with internal state variables // Journal of Applied Physics. 1969. V. 40, Iss. 8. P. 3207-3218. DOI: 10.1063/1.1658167

25. Бережной Д.В., Секаева Л.Р. Вопросы термодинамики в механике деформируемого твёрдого тела. Ч. II. Основы термодинамики необратимых процессов: учебное пособие. Казань: Казанский университет, 2012. 54 с.

26. Karama M. Determination of the fatigue limit of a carbon/epoxy composite using thermographic analysis // Structural Control and Health Monitoring. 2011. V. 18, Iss. 7. P. 781-789. DOI: 10.1002/stc.485


DOI: http://dx.doi.org/10.18287/2541-7533-2019-18-4-64-75

Ссылки

  • Ссылки не определены.


© Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение, 2020

 

Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN: 2541-7533