專利名稱：可變形的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)NiTi形狀記憶合金葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，具體說就是一種可變形的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)NiTi形狀記憶合金葉片。
背景技術(shù)：
渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的一種，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)最適合的飛行速度是400至1000公里，因此現(xiàn)在多數(shù)的飛機(jī)引擎都采用渦扇作為動(dòng)力來源。發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部分空氣經(jīng)過的部分稱為內(nèi)涵道，僅有風(fēng)扇空氣經(jīng)過的核心機(jī)外側(cè)部分稱為外涵道。，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的外涵推力完全來自于風(fēng)扇所產(chǎn)生的推力，所以風(fēng)扇對(duì)于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)而言至關(guān)重要。外涵道與內(nèi)涵道空氣質(zhì)量流量的比值叫涵道比，在不同的工況下，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比有不同的要求。如飛機(jī)在爬升、加速和超聲速飛行時(shí)涵道比減小，接近渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，以增大推力；在起飛和亞聲速飛行時(shí)，加大涵道比，以渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)工作，以降低耗油率和噪聲。有效的改變發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的工作有很大的意義。近些年，國際上關(guān)于變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)(VCE) 的研究就是致力于改變發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比，但現(xiàn)在的變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)大都是通過改變風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和控制活門來達(dá)到改變涵道比的目標(biāo)。近些年來，隨著材料技術(shù)的不斷發(fā)展，形狀記憶合金 (SMA)在航空航天領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用。形狀記憶合金是一種功能性金屬材料，能在一定條件下恢復(fù)原來的形狀，換句話說，這種合金對(duì)形狀有記憶能力，而且它的記憶性能相當(dāng)好，有些在反復(fù)改變500萬次后，仍能在一定條件下恢復(fù)原狀。形狀記憶合金是在馬氏體相變中發(fā)現(xiàn)的，通常把馬氏體相變中的高溫相叫做母相(P)，低溫相叫做馬氏體相(M)，從母相到馬氏體相的相變叫做馬氏體正相變，從馬氏體相到母相的相變叫做馬氏體逆相變。將高溫母相冷卻，到馬氏體相變停止的溫度成為Mf ；將低溫馬氏體相加熱，馬氏體相全部轉(zhuǎn)變到母相的狀態(tài)，此溫度為Af。SMA具有很高的能量密度，不會(huì)引起重量的顯著增加，因而備受航空工業(yè)的關(guān)注，利用SMA的記憶效應(yīng)提供的大回復(fù)力以及大回復(fù)位移，使其已應(yīng)用在宇宙飛船天線形狀、飛行器機(jī)翼、發(fā)動(dòng)機(jī)噴口的形狀控制及對(duì)這些結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可變形的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)NiTi形狀記憶合金葉片。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它是由NiTi形狀記憶合金葉片、外涵道、通氣加熱裝置、開關(guān)、內(nèi)涵道和通氣加熱裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成的，NiTi形狀記憶合金葉片位于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的最前端，通氣加熱裝置左端位于NiTi形狀記憶合金葉片處，右端位于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)涵道處，開關(guān)位于通氣加熱裝置的左端，通氣加熱裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)位于通氣加熱裝置的右端，NiTi形狀記憶合金葉片的右邊是外涵道和內(nèi)涵道，外涵道位于內(nèi)涵道的外部。本發(fā)明還有以下技術(shù)特征(1)所述的NiTi形狀記憶合金葉片有形狀A(yù)和形狀B，在發(fā)動(dòng)機(jī)需要大涵道比時(shí)采用形狀A(yù)，在小涵道比時(shí)采用形狀B，在狀態(tài)1對(duì)應(yīng)葉片外形A，在狀態(tài)2對(duì)應(yīng)葉片外形B。(2)所述的通氣加熱裝置由開關(guān)和渦輪控制其工作狀態(tài)，NiTi形狀記憶合金葉片溫度需要升高和維持時(shí)打開開關(guān)，渦輪工作，就可通入熱空氣。本發(fā)明具有以下有益效果只要控制NiTi形狀記憶合金葉片的溫度就可以使 NiTi形狀記憶合金葉片在兩種不同的形狀下變化，可以根據(jù)飛行器的飛行狀況通過控制 NiTi形狀記憶合金葉片的溫度在一定范圍內(nèi)控制涵道比，可以大大提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，節(jié)約燃油；本發(fā)明采用的MTi形狀記憶合金具有高阻尼、耐腐蝕、耐磨，而且韌性好，反復(fù)使用的穩(wěn)定性好，用其做發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，可以保證其在穩(wěn)定性方面的要求；MTi形狀記憶合金可使產(chǎn)品輕量化、節(jié)約能耗。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為帶有NiTi形狀記憶合金葉片內(nèi)部通氣加熱裝置的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為帶有MTi形狀記憶合金葉片外部通氣加熱裝置的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為提供大涵道比的NiTi形狀記憶合金葉片形狀A(yù)示意圖；圖5為提供小涵道比的NiTi形狀記憶合金葉片形狀B示意圖；圖6為一種空心NiTi形狀記憶合金葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為熱空氣進(jìn)入空心NiTi形狀記憶合金葉片流動(dòng)示意圖；圖8為通氣加熱裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1 結(jié)合圖1、圖2、圖3，本發(fā)明一種可變形的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)NiTi形狀記憶合金葉片，它是由NiTi形狀記憶合金葉片(1)、外涵道O)、通氣加熱裝置(3)、開關(guān)、內(nèi)涵道(5)和通氣加熱裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)(7)組成的，NiTi形狀記憶合金葉片(1)位于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的最前端，通氣加熱裝置(3)左端位于NiTi形狀記憶合金葉片(1)處，右端位于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)涵道(5)處，開關(guān)(4)位于通氣加熱裝置(3)的左端，通氣加熱裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)(7) 位于通氣加熱裝置(3)的右端，NiTi形狀記憶合金葉片(1)的右邊是外涵道( 和內(nèi)涵道 (5)，外涵道( 位于內(nèi)涵道(5)的外部。本發(fā)明還有以下技術(shù)特征所述的NiTi形狀記憶合金葉片有形狀A(yù)和形狀B，在發(fā)動(dòng)機(jī)需要大涵道比時(shí)采用形狀A(yù)，在小涵道比時(shí)采用形狀B，在狀態(tài)1對(duì)應(yīng)葉片外形A，在狀態(tài)2對(duì)應(yīng)葉片外形B。所述的通氣加熱裝置(3)由開關(guān) (4)和渦輪(9)控制其工作狀態(tài)，NiTi形狀記憶合金葉片溫度需要升高和維持時(shí)打開開關(guān)
，渦輪(9)工作，就可通入熱空氣。實(shí)施例2 結(jié)合圖4、圖5，飛機(jī)在起飛和亞聲速飛行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)需要大的涵道比， 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)NiTi形狀記憶合金葉片溫度比較恒定，將此時(shí)的溫度作為狀態(tài)1的臨界溫度 Tl (Tl對(duì)應(yīng)馬氏體相變結(jié)束的溫度Mf)。在低于溫度Tl時(shí)，使用的是可提供大涵道比的葉片外形A(如圖4)，這種外形采用的是復(fù)合掠型的設(shè)計(jì)；發(fā)動(dòng)機(jī)在爬升、加速和超聲速飛行時(shí)需要比較小的涵道比來提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率，通過加熱裝置使NiTi形狀記憶合金葉片溫度上升到T2(T2 > Tl，Τ2是馬氏體相完全轉(zhuǎn)換為母相的相變溫度Af)并維持溫度在Τ2以上，這時(shí)形狀記憶合金發(fā)生相變，稱之為狀態(tài)2，NiTi形狀記憶合金葉片變成如圖5所示的外形B，可提供較小的涵道比。NiTi形狀記憶合金葉片由圖4所示的外形A變到如圖5所示的外形B，溫度由Tl上升到T2，保持溫度大于等于T2，葉片維持外形B ；如要再次回到大涵道比狀態(tài)只需控制加熱裝置，降溫到小于等于Tl，NiTi形狀記憶合金葉片由外形B變?yōu)橥庑蜛。實(shí)施例3 對(duì)于NiTi形狀記憶合金葉片的加熱控制方式，可以采用電加熱葉片的方式，這種控制方式比較容易實(shí)現(xiàn)。如需升溫至狀態(tài)2，通電加熱到溫度T2,持續(xù)通電維持溫度大于等于T2就可保持葉片外形B。實(shí)施例4 結(jié)合圖2，、圖7、圖8，在燃燒室前，空氣通過壓力機(jī)的壓縮，溫度有了很大的提高，將此處的空氣通過加熱裝置通入空心葉片內(nèi)部(如圖7)，從而起到加熱的效果。 NiTi形狀記憶合金葉片由溫度T1上升到T2的過程，打開加熱裝置開關(guān)，圖8中的渦輪 (9)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，熱空氣就可經(jīng)過通氣加熱裝置(3)進(jìn)入空心NiTi形狀記憶合金葉片(6)內(nèi)部，如圖7所示，熱流進(jìn)入NiTi形狀記憶合金葉片內(nèi)部經(jīng)循環(huán)后在小的開口處流出，達(dá)到溫度T2后保持開關(guān)打開，持續(xù)通氣來保持溫度大于等于T2。實(shí)施例5 結(jié)合圖3，熱空氣經(jīng)過通氣加熱裝置通入NiTi形狀記憶合金葉片的外部，也可以實(shí)現(xiàn)加熱的效果。打開開關(guān)(4)經(jīng)過通氣加熱裝置(3)熱空氣通入到NiTi形狀記憶合金葉片的外部，達(dá)到溫度T2后保持開關(guān)打開的狀態(tài)，持續(xù)通氣可保持溫度。實(shí)施例6 飛機(jī)在起飛和亞聲速飛行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)需要大的涵道比，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)NiTi 形狀記憶合金葉片溫度比較恒定，將此時(shí)作為狀態(tài)1 ；發(fā)動(dòng)機(jī)在爬升、加速和超聲速飛行時(shí)需要比較小的涵道比來提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率，通過加熱裝置⑶使NiTi形狀記憶合金葉片 (1)溫度上升到Τ2，并維持溫度在Τ2以上，這時(shí)形狀記憶合金發(fā)生相變，稱之為狀態(tài)2。臨界溫度Tl對(duì)應(yīng)馬氏體相變結(jié)束的溫度Mf。臨界溫度Τ2是馬氏體相完全轉(zhuǎn)換為母相的相變溫度Af。對(duì)MTi形狀記憶合金的相變溫度與M的含量有很大的關(guān)系，例如當(dāng)M含量為 49. l%,Ti的含量為50. 9%時(shí)，Mf為401左右，Af* 116°C左右。這時(shí)可以取臨界溫度Tl 為40°C、臨界溫度T2為116°C。
權(quán)利要求
1.一種可變形的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)NiTi形狀記憶合金葉片，它是由NiTi形狀記憶合金葉片 (1)、外涵道(2)、通氣加熱裝置(3)、開關(guān)(4)、內(nèi)涵道(5)和通氣加熱裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)(7)組成的，其特征在于=NiTi形狀記憶合金葉片(1)位于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的最前端，通氣加熱裝置(3)左端位于NiTi形狀記憶合金葉片(1)處，右端位于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)涵道(5)處，開關(guān)(4)位于通氣加熱裝置(3)的左端，通氣加熱裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)(7)位于通氣加熱裝置(3)的右端，NiTi形狀記憶合金葉片(1)的右邊是外涵道(2)和內(nèi)涵道(5)，外涵道⑵位于內(nèi)涵道(5)的外部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可變形的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)MTi形狀記憶合金葉片，其特征在于所述的NiTi形狀記憶合金葉片(1)有形狀A(yù)和形狀B，在發(fā)動(dòng)機(jī)需要大涵道比時(shí)采用形狀A(yù)，在小涵道比時(shí)采用形狀B，在狀態(tài)1對(duì)應(yīng)葉片外形A，在狀態(tài)2對(duì)應(yīng)葉片外形B。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可變形的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)MTi形狀記憶合金葉片，其特征在于所述的通氣加熱裝置(3)由開關(guān)(4)和渦輪(9)控制其工作狀態(tài)，NiTi形狀記憶合金葉片溫度需要升高和維持時(shí)打開開關(guān)，渦輪(9)工作，就可通入熱空氣。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可變形的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)NiTi形狀記憶合金葉片。它是由NiTi形狀記憶合金葉片、外涵道、通氣加熱裝置、開關(guān)、內(nèi)涵道和通氣加熱裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成的，NiTi形狀記憶合金葉片位于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的最前端，通氣加熱裝置左端位于NiTi形狀記憶合金葉片處，右端位于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)涵道處，開關(guān)位于通氣加熱裝置的左端，通氣加熱裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)位于通氣加熱裝置的右端，NiTi形狀記憶合金葉片的右邊是外涵道和內(nèi)涵道，外涵道位于內(nèi)涵道的外部。本發(fā)明采用的NiTi形狀記憶合金具有高阻尼、耐腐蝕、耐磨，而且韌性好，反復(fù)使用的穩(wěn)定性好，用其做發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，可以保證其在穩(wěn)定性方面的要求；NiTi形狀記憶合金可使產(chǎn)品輕量化、節(jié)約能耗。
文檔編號(hào)F01D5/18GK102400718SQ20111037519
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者冷勁松, 劉彥菊, 孫健, 魯慶慶 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)