复合材料叶片及其制造方法、前缘金属罩形成单元技术

本发明专利技术提供也适合于对工业用燃气轮机压缩机中使用的复合材料叶片主体用作水滴腐蚀的对策的复合材料叶片及其制造方法、前缘金属罩形成单元。复合材料叶片(20c)的特征在于，包括：复合材料叶片主体(21c)，其包含强化纤维和树脂；金属层(10c)，其设置于复合材料叶片主体(21c)中的包括空气流的上游侧的部位即前缘(22c)的前缘区域(23c)的外侧，金属层(10c)的膜厚为5μm以上且100μm以下；以及粘接剂层(13c)，其设置于复合材料叶片主体(21c)和金属层(10c)之间，将金属层(10c)粘接于复合材料叶片主体(21c)。

Composite blade and its manufacturing method, leading edge metal cover forming unit

【技术实现步骤摘要】
复合材料叶片及其制造方法、前缘金属罩形成单元
本专利技术涉及复合材料叶片、前缘金属罩形成单元、复合材料叶片的制造方法。
技术介绍
在动叶以及静叶中，使用将使树脂浸渍于强化纤维的复合材料层层叠而形成的复合材料叶片主体。例如，关于飞机发动机的风扇叶片中使用的复合材料叶片主体，考虑到飞鸟撞击、砂尘等的碰撞，提出了在包括前缘的前缘区域粘接有厚重的金属制的前缘罩构件的结构(参照专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2016-138550号公报专利技术要解决的课题另一方面，工业用燃气轮机压缩机中使用的复合材料叶片主体为了降低进气温度而进行水滴喷雾，因此，需要水滴腐蚀的对策。具有高耐腐蚀性和疲劳强度的钛合金等金属材料适合于水滴腐蚀的对策。但是，上述那样的钛合金等金属材料是难加工材料，因此，存在难以与工业用燃气轮机压缩机中使用的复合材料叶片主体所具有的薄壁且复杂曲面的前缘区域的形状配合地进行加工的问题。因此，使用专利文献1的方法来制造适合于对工业用燃气轮机压缩机中使用的复合材料叶片主体用作水滴腐蚀的对策的前缘罩构件的话，在制造性、制造成本的方面存在课题。另外，与飞机发动机的风扇叶片中使用的复合材料叶片主体受到的飞鸟撞击、砂尘等的碰撞的能量相比，工业用燃气轮机压缩机中使用的复合材料叶片主体受到的水滴碰撞的能量极小。因此，使用专利文献1的方法来制造适合于对工业用燃气轮机压缩机中使用的复合材料叶片主体用作水滴腐蚀的对策的前缘罩构件的话，就对撞强度这点而言成为过剩设计，因此，存在可能丧失工业用燃气轮机压缩机中使用的复合材料叶片主体所具备的轻量性的优点的问题。专利技术内容本专利技术鉴于上述问题而提出，其目的在于，提供也适合于对工业用燃气轮机压缩机中使用的复合材料叶片主体用作水滴腐蚀的对策的复合材料叶片、前缘金属罩形成单元、复合材料叶片的制造方法。用于解决课题的手段为了解决上述课题并达成目的，复合材料叶片的特征在于，包括：复合材料叶片主体，其包含强化纤维和树脂；金属层，其设置于所述复合材料叶片主体的包括空气流的上游侧的部位即前缘的前缘区域的外侧，所述金属层的膜厚为5μm以上且100μm以下；以及粘接剂层，其设置于所述复合材料叶片主体和所述金属层之间，将所述金属层粘接于所述复合材料叶片主体。根据该结构，将具有高耐腐蚀性和疲劳强度、轻量且具有追随着复合材料叶片主体的前缘区域的形状的金属层经由粘接剂层粘接于复合材料叶片主体的前缘区域，因此，能够得到也适合于对工业用燃气轮机压缩机中使用的复合材料叶片主体用作水滴腐蚀的对策的复合材料叶片。另外，通过具有电绝缘性的粘接剂层，能够抑制金属层的电蚀。在该结构中，优选为，所述复合材料叶片还包括具有电绝缘性的电绝缘层，所述电绝缘层与所述复合材料叶片主体的所述前缘区域中的供所述金属层设置的面侧接触。此外，更优选为，该电绝缘层是绝缘玻璃纤维层。根据该结构，电绝缘层使复合材料叶片主体的前缘区域与金属层之间电绝缘，因此，能够抑制金属层因其与复合材料叶片主体中包含的强化纤维的电位差而被电蚀。在这些结构中，优选为，所述金属层包括HV硬度比软质金属高的硬质金属层和HV硬度比所述硬质金属层高的超硬质金属层中的至少任一方。此外，优选为，所述硬质金属层是Ni合金镀敷层。另外，优选为，所述超硬质金属层是硬质Cr镀敷层。根据这些结构，能够减轻前缘区域由于水滴的碰撞而磨损的情况。此外，优选为，所述金属层包括所述硬质金属层和所述超硬质金属层，所述超硬质金属层形成于所述硬质金属层的外侧的至少一部分。根据这些结构，进一步在硬质金属层的外侧的至少一部分形成超硬质金属层，从而能够提高金属层追随复合材料叶片主体的叶片长度方向上的曲率的追随性，并且能够优先对水滴的碰撞角近似垂直而碰撞能量较高的部分进行加强。在金属层包括硬质金属层和超硬质金属层中的至少任一方的结构中，优选为，所述金属层在供所述复合材料叶片主体设置的面侧还包括包含所述软质金属的软质金属层。此外，优选为，所述软质金属层是Cu镀敷层或者纯Ni镀敷层。根据这些结构，软质金属层为软质的且延展性较高，因此，使由于复合材料叶片主体与硬质金属层或者超硬质金属层之间的线性膨胀系数差以及弹性模数差等产生的剪切应力缓和，由此，能够提高硬质金属层或者超硬质金属层的粘接性，并且能够降低发生剥离的可能性。另外，软质金属层为软质的且延展性较高，因此，能够降低追随着复合材料叶片主体的前缘区域的脆性材料的硬质金属层或者超硬质金属层破碎的可能性。在这些结构中，优选为，所述金属层的外侧表面以及所述复合材料叶片主体与所述金属层的边界部分的外侧表面均由连续的面形成。根据该结构，能够抑制复合材料叶片的空气动力上的效率降低。为了解决上述课题并达成目的，前缘金属罩形成单元的特征在于，包括：阴模，其具有能够与复合材料叶片主体中的包括空气流的上游侧的部位即前缘的前缘区域以隔开规定间隙的方式嵌合的形状；以及金属层，其形成于所述阴模的内侧面，具有与所述规定间隙相应的体积。根据该结构，能够在通过阴模适当地维持了金属层的形状的状态下进行搬运等处理。为了解决上述课题并达成目的，复合材料叶片的制造方法通过在复合材料叶片主体中的包括空气流的上游侧的部位即前缘的前缘区域的外侧设置金属层来制造复合材料叶片，所述复合材料叶片的制造方法的特征在于，具有：金属层形成步骤，在该金属层形成步骤中，在具有能够与所述复合材料叶片主体的所述前缘区域以隔开规定间隙的方式嵌合的形状的阴模的内侧面，形成具有与所述规定间隙相应的体积的所述金属层；以及粘接步骤，在该粘接步骤中，使形成于所述阴模的所述金属层与所述复合材料叶片主体的所述前缘区域嵌合并粘接。根据该结构，将具有高耐腐蚀性和疲劳强度、轻量且具有追随着复合材料叶片主体的前缘区域的形状的金属层经由粘接剂层粘接于复合材料叶片主体的前缘区域，因此，能够得到对工业用燃气轮机压缩机中使用的复合材料叶片主体作为适当的水滴腐蚀的对策的复合材料叶片。在该结构中，优选为，所述阴模具有第一阴模和第二阴模，所述第一阴模和所述第二阴模彼此能够分离且能够组装，所述第一阴模能够与所述复合材料叶片主体的所述前缘区域中的前端侧的区域对置地嵌合，所述第二阴模能够与所述复合材料叶片主体的所述前缘区域中的基端侧的区域对置地嵌合，在所述金属层形成步骤中，在所述第一阴模的内侧面形成所述金属层中的超硬质金属层，对形成有所述超硬质金属层的所述第一阴模组装所述第二阴模，在组装后的所述第一阴模的所述超硬质金属层的内侧面以及所述第二阴模的内侧面形成所述金属层中的硬质金属层，进而在所述硬质金属层的内侧面形成所述金属层中的软质金属层。根据该结构，能够将处理分为超硬质金属层、硬质金属层以及软质金属层的各阶段来执行金属层的形成。因此，能够容易地在复合材料叶片主体的前缘区域中的期望的区域分别形成不同种类的金属层。附图说明图1是实施方式所涉及的复合材料叶片的概略立体图。图2是示出实施方式所涉及的复合材料叶片的详细结构的一例的剖视图。图3是示出图2的金属层的特性的曲线图。图4是示出实施方式所涉及的复合材料叶片的详细结构的另一例的剖视图。图5是示出实施方式所涉及的复合材料叶片的详细结构的再另一例的剖视图。图6是示出实施方式所涉及的复合材料叶片的制造方法的流程图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合材料叶片，其特征在于，所述复合材料叶片包括：复合材料叶片主体，其包含强化纤维和树脂；金属层，其设置于所述复合材料叶片主体的包括空气流的上游侧的部位即前缘的前缘区域的外侧，所述金属层的膜厚为5μm以上且100μm以下；粘接剂层，其设置于所述复合材料叶片主体和所述金属层之间，将所述金属层粘接于所述复合材料叶片主体；以及电绝缘层，其与所述复合材料叶片主体的所述前缘区域中的供所述金属层设置的面侧接触且具有电绝缘性，所述金属层包括HV硬度比软质金属高的硬质金属层和HV硬度比所述硬质金属层高的超硬质金属层中的至少任一方，所述硬质金属层是Ni合金镀敷层，所述超硬质金属层是硬质Cr镀敷层。

【技术特征摘要】
2018.03.09 JP 2018-0429431.一种复合材料叶片，其特征在于，所述复合材料叶片包括：复合材料叶片主体，其包含强化纤维和树脂；金属层，其设置于所述复合材料叶片主体的包括空气流的上游侧的部位即前缘的前缘区域的外侧，所述金属层的膜厚为5μm以上且100μm以下；粘接剂层，其设置于所述复合材料叶片主体和所述金属层之间，将所述金属层粘接于所述复合材料叶片主体；以及电绝缘层，其与所述复合材料叶片主体的所述前缘区域中的供所述金属层设置的面侧接触且具有电绝缘性，所述金属层包括HV硬度比软质金属高的硬质金属层和HV硬度比所述硬质金属层高的超硬质金属层中的至少任一方，所述硬质金属层是Ni合金镀敷层，所述超硬质金属层是硬质Cr镀敷层。2.根据权利要求1所述的复合材料叶片，其特征在于，所述金属层包括所述硬质金属层和所述超硬质金属层，所述超硬质金属层形成于所述硬质金属层的外侧的至少一部分。3.根据权利要求1或2所述的复合材料叶片，其特征在于，所述金属层在供所述复合材料叶片主体设置的面侧还包括包含所述软质金属的软质金属层。4.根据权利要求3所述的复合材料叶片，其特征在于，所述软质金属层是Cu镀敷层或者纯Ni镀敷层。5.根据权利要求1至4中任一项所述的复合材料叶片，其特征在于，所述金属层的外侧表面以及所述复合材料叶片主体与所述金属层的边界部分的外侧表面均由连续的面形成。6.一种前缘金属罩形成单元，其特征在于，所述前缘...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈部良次，神谷昌美，新藤健太郎，
申请(专利权)人：三菱重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP