[发明专利]一种反推力装置多曲率复合材料叶栅适用的角材铺层结构

说明书

本申请属于发动机设计技术领域，具体涉及一种反推力装置多曲率复合材料叶栅适用的角材铺层结构。叶栅包括周向叶片(1)与轴向叶片(2)，周向叶片(1)与轴向叶片(2)之间形成具有不同曲率的格栅，周向叶片(1)为多个并排设计的条形结构，每个周向叶片(1)由碳纤维单向带或织物经裁剪后连续铺敷形成，轴向叶片(2)包括多个轴向叶片段，相邻周向叶片(1)之间并排设计多个轴向叶片段，每个轴向叶片段由碳纤维单向带或织物单独裁剪铺敷成，每个周向叶片(1)与其邻接的多个轴向叶片段通过U型角材(3)连接。本申请能够利用纤维沿其轴向的高强度和高模量与叶栅受力方向一致的载荷，提高叶栅结构整体承载能力。

技术领域

本申请属于发动机设计技术领域，具体涉及一种反推力装置多曲率复合材料叶栅适用的角材铺层结构。

背景技术

叶栅式反推力装置是大型运输机和客机动力的重要组成部分，其主要功能是通过改变发动机排气流动方向来获得反向推力，使飞机高效可靠地减速，可以显著缩短飞机的着陆滑跑距离，降低飞机对机场的要求，提高机场的使用效率和飞机工作的安全性。

作为叶栅式反推力装置控制反向气流的核心构件，如图1及图2所示，图1为反推关闭状态下的发动机示意图，图2为反推打开状态下的发动机示意图，由图可以看出，反推打开是通过移动外罩100向后滑动，同时发动机内部通过阻流门来阻挡发动机外涵气继续向后排放，改为由露出叶栅200进行排气，被阻流门折返的外涵气流经栅格排出，从而获得可靠的反向推力。随着客户对飞机燃油经济性需求的提高，叶栅结构已实现了复材化设计。

叶栅由沿周向和轴向分布的叶片相互交叉连接，形成多曲率的格栅结构。叶栅叶片应符合气动方案要求，其中周向叶片沿轴向连续提供周向气流偏角，轴向叶片沿周向连续提供轴向气流偏角，叶片之间形成十字接头或T形接头。

现有复合材料叶栅采用插接结构，成型方案大致如下：

首先，轴向和周向叶片单独固化成型，通过机械加工上、下表面和开槽位置，图3给出了其中的周向叶片开槽示意图，图4给出了轴向叶片的开槽示意图。之后，将轴向和周向叶片进行插接，并填充芯模实现叶片定位后固定于成型工装上；最后，将模具合模并注树脂高温固化成型，成型后去除芯模，最终完成栅格结构成型。

传统复合材料叶栅采用叶片插接结构二次固化成型，这种结构形式存在以下缺点：

1)由于插接结构形式需要对叶片进行开槽处理，破坏了纤维的连续性，降低了结构承载能力，不利于整体结构的载荷传递；

2)根据结构实际受力情况可知，通常叶栅周向叶片承载远高于轴向叶片，而插接结构形式对两者予以同等削弱，无法适应叶栅实际受载特点；

3)插接结构叶栅周向叶片和轴向叶片自身等厚，无法根据实际受载情况开展精细化设计，无法适应复合材料可设计强的特点，不利于结构减重；

4)插接结构形式需对叶片单独固化后二次胶接成型，需经过两次热压罐固化，效率低，成本高；

5)插接结构形式叶片需机械加工开槽结构，开槽结构尺寸及定位精度要求高，工序复杂繁琐，废品率高；

6)插接结构形式在连接部位仅通过注塑树脂连接，无纤维增强结构，长期使用后树脂基体易开裂，影响外观质量和结构可靠性。

发明内容

为了解决上述问题之一，本申请提供了一种反推力装置多曲率复合材料叶栅适用的角材铺层结构，叶栅包括周向叶片与轴向叶片，周向叶片与轴向叶片之间形成具有不同曲率的格栅，其中，周向叶片为多个并排设计的条形结构，每个周向叶片由碳纤维单向带或织物经裁剪后连续铺敷形成，轴向叶片包括多个轴向叶片段，相邻周向叶片之间并排设计多个轴向叶片段，每个轴向叶片段由碳纤维单向带或织物单独裁剪铺敷成，每个周向叶片与其邻接的多个轴向叶片段通过U型角材连接。

优选的是，所述U型角材由碳纤维织物形成。