轻质风扇叶片制造技术

本发明专利技术提供一种轻质风扇叶片，包括金属结构和复材结构，复材结构与金属结构共固化成型，金属结构包括金属前缘和金属型芯，复材结构提供自后缘点起延伸的第一吸力面和第一压力面，金属前缘提供自前缘点起延伸的第二吸力面和第二压力面，第一吸力面和第二吸力面连接构成整个吸力面，第一压力面和第二压力面连接构成整个压力面；复材结构包括至少提供部分第一吸力面的吸力侧部分和至少提供部分第一压力面的压力侧部分；金属型芯自金属前缘起沿弦向延伸而被夹在吸力侧部分和压力侧部分之间，并且，金属型芯面向吸力侧部分和压力侧部分的两个表面设置有沿弦向延伸的多个导流槽。上述轻质风扇叶片可以有利于复合材料与金属材料的连接成型。的连接成型。的连接成型。

【技术实现步骤摘要】
轻质风扇叶片


[0001]本专利技术提供一种轻质风扇叶片。

技术介绍

[0002]大尺寸的轻质风扇叶片是大涵道比涡扇发动机的关键技术中的一项。由复合材料与金属材料构成的轻质风扇叶片具有良好的减重效果，成为各大发动机公司研制轻质大涵道比风扇叶片的主流方案。
[0003]金属材料与复合材料的连接成型对连接界面的力学性能要求较高，特别是在叶片受冲击时容易发生界面分裂，导致复合材料与金属材料分离。目前常见的复合材料与金属材料共同构成的多材料风扇叶片并未提出便利金属材料与复合材料的连接成型或者提高金属材料与复合材料的界面连接强度的连接方式以及相应的结构形式。
[0004]本专利技术旨在设计一种轻质风扇叶片，可以有利于复合材料与金属材料的连接成型并且提高复合材料与金属材料的连接强度。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种轻质风扇叶片，其新型的结构形式和连接方式可以有利于复合材料与金属材料的连接成型并且提高复合材料与金属材料的连接强度。
[0006]本专利技术提供一种轻质风扇叶片，具有弦向，包括由金属材料制成的金属结构和由复合材料制成的复材结构，所述复材结构与所述金属结构共固化成型，所述金属结构包括金属前缘和金属型芯，所述复材结构提供自后缘点起延伸的第一吸力面和自后缘点起延伸的第一压力面，所述金属前缘提供自前缘点起延伸的第二吸力面和自前缘点起延伸的第二压力面，所述第一吸力面和所述第二吸力面连接构成所述轻质风扇叶片的整个吸力面，所述第一压力面和所述第二压力面连接构成所述轻质风扇叶片的整个压力面；所述复材结构包括至少提供部分第一吸力面的吸力侧部分和至少提供部分第一压力面的压力侧部分；所述金属型芯自所述金属前缘起沿弦向延伸而被夹在所述吸力侧部分和所述压力侧部分之间，并且，所述金属型芯面向所述吸力侧部分和所述压力侧部分的两个表面中的至少一个表面设置有沿弦向延伸的多个导流槽。
[0007]上述轻质风扇叶片也可以称之为复合材料-金属材料混合结构风扇叶片，也即，由复合材料和金属材料共同构成的混合式风扇叶片。其中，以金属材料做前缘，在航空发动机遇到鸟击时能够提供叶片的抗冲击能力，叶身主要为复合材料和金属材料构成的混合结构，在考虑叶片强度性能的基础上可以尽量降低叶片质量、提高叶片空心率。通过设置导流槽，可以在叶片成型时促进复合材料和金属材料共固化过程中的树脂流动，有利于复合材料与金属材料的连接成型。这种连接及成型方式有效提高复合材料和金属材料的界面连接强度，防止界面分裂的情况发生，满足适航要求。在一个实施方式中，所述金属前缘从所述轻质风扇叶片的叶尖一直延伸到榫头底部；所述金属型芯从叶尖朝向榫头延伸而不延伸到榫头底部，而在展向上与所述金属型芯对应的榫头底部由复合材料构成。
[0008]叶片前缘为金属材料，与金属型芯整体制成，可以进一步提高风扇叶片的抗冲击能力；叶片榫头为复合材料，整个复合材料在展向呈Y型结构，复合材料预制体为一个整体，有利于力的传递，且空心率更高。
[0009]在一个实施方式中，所述金属前缘包括靠近压力面一侧的第一后表面和靠近吸力面一侧的第二后表面；所述金属型芯自所述金属前缘的所述第一后表面和所述第二后表面之间的位置起延伸，所述金属型芯包括第一型芯表面和第二型芯表面，所述第一型芯表面面向所述压力侧部分并且与所述第一后表面连接而形成第一包容角，所述第二型芯表面面向所述吸力侧部分并且与所述第二后表面连接而形成第二包容角；所述第一包容角和所述第二包容角中至少所述第一包容角为锐角。
[0010]金属前缘与金属型芯的连接结构特别是在压力面一侧为锐角，可以使复合材料与金属材料不容易分离。
[0011]在一个实施方式中，所述复材结构还包括复材后缘，所述复材后缘、所述吸力侧部分和所述压力侧部分构成沿弦向朝向前缘点开叉的Y型复材结构，其中，所述复材后缘为所述Y型复材结构的底部分支，所述吸力侧部分和所述压力侧部分分别为所述Y型复材结构的两个顶部分支；所述金属型芯置入所述吸力侧部分和所述压力侧部分之间形成的V型开口。
[0012]至少一部分叶片后缘为复合材料，整个复合材料在弦向呈Y型结构，复合材料预制体为一个整体，有利于力的传递，且空心率更高。
[0013]在一个实施方式中，所述金属前缘的中心弦向尺寸占所述轻质风扇叶片的弦向尺寸的5％-30％。
[0014]在一个实施方式中，所述金属型芯的弦向尺寸占所述轻质风扇叶片的弦向尺寸的20％-60％。
[0015]采用上述尺寸范围特别是在组合使用时可以使得轻质风扇叶片的抗冲击强度、界面连接强度和结构重量都得到较优的平衡。
[0016]在一个实施方式中，所述金属型芯的厚度朝向后缘点逐渐减小。
[0017]采用上述尾缘减薄形式的金属型芯，换言之，金属型芯的厚度在靠近尾缘区域逐渐减薄，Y型复合材料的V形开口区交接处的结构刚度变化较小，在受到冲击时能够减小因变形不一致导致开口区复合材料撕裂的风险。
[0018]在一个实施方式中，所述金属型芯面向所述吸力侧部分和所述压力侧部分的所述两个表面沿弦向呈阶梯型，使得所述金属型芯的厚度朝向后缘点逐阶减小。
[0019]采用上述阶梯型的型芯表面，台阶结构可以层层传递剪切力，并且在受到鸟体冲击时鸟体不易冲入复合材料与金属材料的连接界面内。
[0020]在一个实施方式中，所述金属型芯设置多个通孔，通过缝线穿过所述金属型芯的所述多个通孔以及所述吸力侧部分和所述压力侧部分而将所述金属结构和所述复材结构缝合在一起之后进行共固化成型。
[0021]缝合连接可以进一步提高金属材料与复合材料的界面连接强度，降低金属材料例如钛合金和复合材料的混合结构风扇叶片的研制难度，避免鸟撞后叶片易开裂的问题。
[0022]在一个实施方式中，所述多个通孔设置成在靠近前缘点的区域的分布密度比在靠近后缘点的区域的分布密度大。
[0023]通过设置上述通孔分布，可以防止出现鸟击近场区域叶片开裂现象。
[0024]在一个实施方式中，所述复材结构和所述金属型芯之间还设置有胶膜，所述缝线穿过所述复材结构、所述胶膜和所述金属型芯而将所述金属结构和所述复材结构缝合在一起。在一个实施方式中，所述金属型芯面向所述吸力侧部分和所述压力侧部分的所述两个表面皆设置有沿弦向延伸的多个导流槽。两个表面均设置导流槽，可以更进一步地促进复合材料和金属材料共固化过程中的树脂流动，更进一步有利于复合材料与金属材料的连接成型。
[0025]上述轻质风扇叶片结构可以有利于复合材料与金属材料的连接成型，有效提高复合材料和金属材料的界面连接强度，避免界面分裂的情况发生，并且有较高的空心率，满足航空发动机轻量化的发展趋势。
附图说明
[0026]本专利技术的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
[0027]图1是轻质风扇叶片的正视图。
[0028]图2是沿着图1中的线A-A截取的弦向截面的示例构造图。
[0029]图3是示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轻质风扇叶片，具有弦向，包括由金属材料制成的金属结构和由复合材料制成的复材结构，所述复材结构与所述金属结构共固化成型，所述金属结构包括金属前缘和金属型芯，其特征在于，所述复材结构提供自后缘点起延伸的第一吸力面和自后缘点起延伸的第一压力面，所述金属前缘提供自前缘点起延伸的第二吸力面和自前缘点起延伸的第二压力面，所述第一吸力面和所述第二吸力面连接构成所述轻质风扇叶片的整个吸力面，所述第一压力面和所述第二压力面连接构成所述轻质风扇叶片的整个压力面；所述复材结构包括至少提供部分第一吸力面的吸力侧部分和至少提供部分第一压力面的压力侧部分；所述金属型芯自所述金属前缘起沿弦向延伸而被夹在所述吸力侧部分和所述压力侧部分之间，并且，所述金属型芯面向所述吸力侧部分和所述压力侧部分的两个表面中的至少一个表面设置有沿弦向延伸的多个导流槽。2.如权利要求1所述的轻质风扇叶片，其特征在于，所述金属前缘包括靠近压力面一侧的第一后表面和靠近吸力面一侧的第二后表面；所述金属型芯自所述金属前缘的所述第一后表面和所述第二后表面之间的位置起延伸，所述金属型芯包括第一型芯表面和第二型芯表面，所述第一型芯表面面向所述压力侧部分并且与所述第一后表面连接而形成第一包容角，所述第二型芯表面面向所述吸力侧部分并且与所述第二后表面连接而形成第二包容角；所述第一包容角和所述第二包容角中至少所述第一包容角为锐角。3.如权利要求1所述的轻质风扇叶片，其特征在于，所述复材结构还包括复材后缘，所述复材后缘、所述吸力侧部分和所述压力侧部分构成沿弦向朝向前缘点开叉的Y型复材结...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪晓琴，王星星，王祯鑫，刘传欣，赵宪涛，龙丹，王少辉，曹源，
申请(专利权)人：中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：