包括刚性纤维的插入物的风扇叶片制造技术

本发明专利技术涉及一种风扇叶片(3)，风扇叶片具有由复合材料制成的结构，该结构包括纤维增强体(5)和基体，纤维增强体通过经线和纬线的三维编织而获得，纤维增强体(5)嵌入在基体中，其中，

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括刚性纤维的插入物的风扇叶片


[0001]本专利技术总体上涉及涡轮机领域，更具体地涉及这些涡轮机的风扇叶片及其制造方法的领域。
[0002]更具体地，本专利技术应用于由复合材料制成的风扇叶片以及风扇叶片与主流道的入口的相互作用。

技术介绍

[0003]涡轮机叶片，特别是风扇叶片，承受着极大的机械应力和热应力，且必须满足严格的重量和体积条件。因此，建议使用复合材料叶片，该叶片包括由聚合物基体致密化的纤维增强体，与具有等效的推进特性的金属叶片相比，复合材料叶片较轻且具有令人满意的耐热性。
[0004]众所周知，这种复合材料叶片包括由复合材料制成的结构，该结构包括纤维增强体和基体，纤维增强体通过三维编织而获得，纤维增强体嵌入在基体中。这种结构还形成前缘、后缘、内拱壁和外拱壁。
[0005]金属屏蔽物通常添加到叶片的前缘，以在快速动态下提高叶片对抗吸入的抵抗能力。然而，在静态上，这种屏蔽物带来了刚度和附加质量，使得增加了前缘附近的离心力。
[0006]在静态上，每个风扇叶片受到离心载荷和空气动力学压力的作用。叶片随后显著地且不均匀地变形。特别地，看起来是叶片的前缘比叶片的后缘移动得更多。
[0007]在风扇包括由复合材料制成的叶片的情况下，节距角是影响风扇叶片的空气动力学性能的一个重要参数。该节距角定义为：在与风扇叶片的平台相切的平面中，在风扇叶片的弦(即，在切平面中，连接叶片的前缘和后缘的这一段)与风扇的旋转轴线之间形成的角度。节距角越大，风扇叶片越“关闭”。节距角越小，风扇叶片越“打开”。
[0008]节距角是为了达到所需流量而针对巡航速度或爬升速度的顶部的操作点进行优化的空气动力学参数。其它操作点处的节距角由有限元计算得到。节距角可绘制成叶片高度的函数，也就是说，节距角在叶片的根部和顶端之间变化(归因于叶片的扭曲的形状)。
[0009]还可以绘制对应于两个给定速度之间的节距角差值的节距差。高的节距角差值直接归因于高的叶片静态位移值，特别是归因于叶片的解扭曲(由根据发动机转速，使得前缘的位移大于后缘的位移导致)。
[0010]在设计风扇叶片时，空气动力学迭代的目标之一是减少叶片的解扭曲。为此，已知根据叶片的高度和弦来修改叶片的规律，特别是堆叠规律。然而，这些修改可能特别不利于空气动力学性能。
[0011]此外，为了改善叶片的空气动力学，在爬升阶段的顶部，节距角最好“打开”(以确保流量)，在部分阶段和/或爬升阶段为了实现喘振/颤振裕度时，节距角最好“关闭”。
[0012]然而，在大多数由复合材料制成的风扇叶片中，叶片的前缘和后缘之间的切向位移差，在爬升阶段比在爬升阶段的顶部更大。结果表明：风扇叶片的节距的打开度，在爬升时比在爬升的顶部更大，因此叶片的节距角，在爬升的顶部比在爬升时更大。因此，叶片的
解扭曲不利于其空气动力学性能。

技术实现思路

[0013]因此，本专利技术的一个目的在于通过提出一种用于涡轮机的风扇叶片来克服上述缺点，该风扇叶片在发动机的不同运作阶段之间的位移与所需的空气动力学性能一致，特别是在爬升阶段和爬升/巡航阶段的顶部，该风扇叶片的位移与所需的空气动力学性能一致。
[0014]为此目的，根据本专利技术的第一方面，提出一种涡轮机的风扇叶片，该风扇叶片包括复合材料结构，复合材料结构包括纤维增强体和基体，纤维增强体通过经线和纬线的三维编织而获得，纤维增强体嵌入在基体中，
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复合材料结构包括前缘和后缘，
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纤维增强体包括形成后缘的第一部分和形成前缘的第二部分，
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纤维增强体的经线包括具有预定刚度的第一线。
[0018]纤维增强体的经线进一步包括第二线，第二线的刚度大于第一线的刚度，第一部分包括第一线中的全部或部分第一线且不具有第二线，而第二部分包括第二线中的全部或部分第二线。
[0019]根据第一方面的叶片的一些优选的但非限制性的特性是以下单独地或组合地采用的特性：
[0020]‑
第二部分的经线进一步包括第一线；
[0021]‑
叶片进一步包括适于在气流中延伸的翼型扇叶，翼型扇叶具有顶端和根部，根部构造成固定到风扇的盘，其中，第二部分在叶片的整个高度上从根部延伸到顶端；
[0022]‑
叶片进一步包括适于在气流中延伸的翼型扇叶，翼型扇叶具有顶端和根部，根部构造成固定到风扇的盘，其中，第二部分在复合材料结构的弦长部分上延伸，弦长部分在叶片的根部和顶端之间是可变的；
[0023]‑
在叶片的根部处，第二部分在介于复合材料结构的弦长的25％至40％之间的长度上延伸；
[0024]‑
叶片进一步包括金属屏蔽物，金属屏蔽物添加并固定到前缘上，第二部分在根部处超过金属屏蔽物，但在顶端处被金属屏蔽物覆盖；
[0025]‑
第二部分超过根部处的金属屏蔽物，一直到叶片的高度的40％至50％为止，然后第二部分被金属屏蔽物覆盖，一直到顶端为止；
[0026]‑
在叶片的一半高度处，第二部分在介于复合材料结构的弦长的10％至30％之间的长度上延伸；
[0027]‑
在叶片的顶端处，第二部分在介于复合材料结构的弦长的0％至5％之间的长度上延伸；
[0028]‑
纤维增强体进一步包括在第二部分和第一部分之间延伸的第三部分，第二线的密度在第三部分中从第二部分到第一部分逐渐减小；
[0029]‑
第三部分在介于复合材料结构的弦长的5％至10％之间的长度上延伸；
[0030]‑
叶片进一步包括添加并固定到前缘上的金属屏蔽物，所述金属屏蔽物覆盖第二部分并露出第一部分；
[0031]‑
第二线的杨氏模量介于第一线的杨氏模量的1.2倍至1.5倍之间；
[0032]‑
第一线和第二线包括碳纤维。
[0033]根据第二方面，本专利技术提出一种用于涡轮机的风扇和包括这种风扇的涡轮机，风扇包括多个根据第一方面的叶片。
[0034]根据第三方面，本专利技术提出一种包括这种涡轮机的飞行器。
附图说明
[0035]通过以下描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将显现，该描述仅仅是说明性的而非限制性的，且应当参考附图来阅读，在附图中：
[0036]图1示意性地示出了根据本专利技术的用于由复合材料制成的风扇叶片的纤维增强体的一个示例性实施例。
[0037]图2是在注射基质和固定金属屏蔽物之后，包括图1的纤维增强体的叶片的侧视图。
[0038]图3示出了在叶片的根部处，图1的纤维增强体沿着垂直于堆叠轴线Z的平面的经线排布的一个示例。
[0039]图4是根据本专利技术的包括叶片的风扇的一个示例性实施例的透视图。
[0040]图5示意性地示出了图1的增强体的编织。
[0041]在所有附图中，相似的元件具有相同的附图标记。
具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种涡轮机的风扇(1)叶片(3)，包括复合材料结构，所述复合材料结构包括纤维增强体(5)和基体，所述纤维增强体通过经线和纬线的三维编织而获得，所述纤维增强体(5)嵌入在所述基体中，
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所述复合材料结构包括前缘(8)和后缘(9)；
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所述纤维增强体(5)包括形成所述后缘(9)的第一部分(14)和形成所述前缘(8)的第二部分(15)；以及
‑
所述纤维增强体(5)的经线包括具有预定刚度的第一线(12)；所述叶片(3)的特征在于，所述纤维增强体(5)的经线进一步包括第二线(13)，所述第二线的刚度大于所述第一线(12)的刚度，且所述第二线的杨氏模量介于所述第一线(12)的杨氏模量的1.2倍至1.5倍之间，所述第一部分(14)包括所述第一线(12)中的全部或部分第一线且不具有所述第二线(13)，而所述第二部分(15)包括所述第二线(13)中的全部或部分第二线。2.根据权利要求1所述的叶片(3)，其中，所述第二部分(15)的经线进一步包括第一线(12)。3.根据权利要求1或2中任一项所述的叶片(3)，进一步包括适于在气流中延伸的翼型扇叶(7)，所述翼型扇叶具有顶端(10)和根部(6)，所述根部构造成固定到所述风扇(1)的盘(2)，其中，所述第二部分(15)在所述叶片(3)的整个高度(h)上从所述根部(6)延伸到所述顶端(10)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的叶片(3)，进一步包括适于在气流中延伸的翼型扇叶(7)，所述翼型扇叶具有顶端(10)和根部(6)，所述根部构造成固定到所述风扇(1)的盘(2)，其中，所述第二部分(15)在所述复合材料结构的弦长部分(L)上延伸，所述弦长部分在所述叶片(3)的根部(6)和顶端(10)之间是可变的。5.根据权利要求4所述的叶片(3)，其中，在所述叶片(3)的根部(6)处，所述第二部分(15)在介于所述复合材料结构的弦长(L)的25％至40％之间的长度(L1)上延伸。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪尧姆，
申请(专利权)人：赛峰飞机发动机公司，
类型：发明
国别省市：