申请/专利权人：赛峰飞机发动机公司

申请日：2016-09-27

公开（公告）日：2021-01-05

公开（公告）号：CN108026777B

主分类号：F01D5/28(20060101)

分类号：F01D5/28(20060101);F04D29/32(20060101)

优先权：["20150928 FR 1559127"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.01.05#授权;2018.10.19#实质审查的生效;2018.05.11#公开

摘要：本发明涉及一种叶片16，该叶片包括叶片本体30和前缘防护件32，该叶片本体由有机基质复合材料制成，而该前缘防护件由比叶片本体的复合材料更佳地承受随机撞击的材料制成。该叶片16包括叶片头部26。前缘防护件32安装在叶片本体30上并且具有下盖翼部34和上盖翼部36。该下盖翼部34具有下盖凸片且该上盖翼部36包括上盖凸片，该下盖凸片和上盖凸片彼此折叠并且刚性地固定于彼此，以形成与叶片头部26的局部覆盖件48。本发明还涉及一种涡轮喷气机，该涡轮喷气机包括具有此种叶片的风扇，以及一种制造此种叶片的方法。

主权项：1.一种叶片16，所述叶片包括：叶片本体30，所述叶片本体由通过纤维强化的有机基质复合材料制成；以及前缘防护件32，所述前缘防护件由比所述叶片本体的复合材料更佳地承受点撞击的材料制成，且所述叶片16包括叶片梢端26，所述前缘防护件32组装在所述叶片本体30上并且包括压力侧翼部34和抽吸侧翼部36，其中，所述压力侧翼部34包括压力侧凸片44且所述抽吸侧翼部36包括抽吸侧凸片46，所述压力侧凸片44和所述抽吸侧凸片46彼此平直折叠并且折叠到所述叶片梢端上，致使所述压力侧凸片和所述抽吸侧凸片之一的第一表面抵接所述叶片梢端，所述压力侧凸片和所述抽吸侧凸片之一的第二表面抵接所述压力侧凸片和所述抽吸侧凸片中另一个的第一表面，并且所述压力侧凸片和所述抽吸侧凸片中另一个的第二表面是自由的，所述压力侧凸片和所述抽吸侧凸片的第二表面分别与所述压力侧凸片和所述抽吸侧凸片的第一表面相对，并且所述压力侧凸片和所述抽吸侧凸片固定于彼此，以形成所述叶片梢端26的局部覆盖件48，其中，所述压力侧翼部34和所述抽吸侧翼部36各自包括自由边缘40、42，且所述压力侧翼部34和所述抽吸侧翼部36中的一个比另一个长，较长翼部的凸片包括切口52，所述切口从所述较长翼部的自由边缘开始并且朝向较短翼部的自由边缘行进。

全文数据：包括折叠前缘防护件的叶片及其制造方法技术领域[0001]本发明涉及一种由复合材料制成的叶片，该叶片包括前缘防护件。此种前缘防护件通常用于保护旋转叶片或导向叶片的前缘免受撞击和侵蚀影响。术语“叶片，，在本文中用于同时涵盖风扇叶片和飞行器螺旋桨桨叶。为了限制这些叶片的重量，这些叶片通常由诸如纤维强化聚合物材料的有机基质复合材料制成。虽然此类材料尤其是相对于这些材料的重量具有大体极为有利的机械特性，但这些材料对于点撞击具有一定程度的敏感性。因此，通常由诸如钛合今的极为强固的金属材料制成的防护件经常安装在此类叶片的前缘上，以保护这些叶片免受撞击影响。此类防护件经常采取细压力侧翼部和细抽吸侧翼部的形式，该细压力侧翼部和细抽吸侧翼部由横跨前缘放置的较厚部段结合在一起，且该防护件在前缘上以及在该防护件的相邻压力和抽吸侧部段上与叶片的形状紧密地匹配。压力侧和抽吸侧翼部分别延伸到叶片的这些压力侧和抽吸侧部段之上，且该压力侧和抽吸侧主要用于将防护件定位并紧固在前缘上。背景技术[0002]为了改善叶片的空气动力学性能，赋予这些叶片的前缘更为复杂的形状，由此不仅使得制造需要紧密地匹配那些形状的防护件而且使得将这些防护件固定在叶片上更为复杂。[0003]此外，在对于叶片进行撞击的事件中，防护件可能变得从由复合材料制成的叶片的前缘至少部分地松脱，由此导致叶片的空气动力学性能降低，该叶片的空气流性能相关联地降低，伴随着在部分防护件丢失的事件中出现失衡。此外，如果防护件的一部分被撕破，则叶片的前缘不再在其整个高度之上受保护，且在叶片的前缘处已裸露的复合材料经受来自外部环境的影响。所合成的轮廓大体是不规则的，由此还降低该叶片的空气流性能。然后需要维修叶片和或更换该叶片。发明内容[0004]本发明试图至少部分地解决这些缺点。[0005]为此，本发明提供一种叶片，该叶片包括叶片本体和前缘防护件，该叶片本体由通过纤维强化的有机基质复合材料制成，而该前缘防护件由比叶片本体的复合材料更佳地承受点撞击的材料制成，且该叶片包括叶片梢端，前缘防护件组装在叶片本体上并且包括压力侧翼部和抽吸侧翼部，该压力侧翼部包括压力侧凸片且该抽吸侧翼部包括抽吸侧凸片，该压力侧凸片和抽吸侧凸片彼此叠置地折叠并且固定于彼此，以形成叶片梢端的局部覆盖件。[0006]在对于前缘防护件的撞击期间，存在延伸压力侧翼部和抽吸侧翼部的压力侧凸片和抽吸侧凸片用于降低防护件分离、尤其是在靠近于前缘防护件的在叶片梢端附近的自由边缘处分离的风险，在这些自由边缘处，此类分离最常观察到。确切地说，压力侧凸片和抽吸侧凸片并非是粘合地粘结于或焊接于压力侧翼部和抽吸侧翼部的单独部件，以使得该压力侧凸片和抽吸侧凸片无法从压力侧翼部和抽吸侧翼部分离。这些压力侧凸片和抽吸侧凸片分别与压力侧翼部和抽吸侧翼部一体地制成，从而为了将前缘防护件从叶片本体分离，需要将压力侧翼部和抽吸侧翼部从叶片本体松脱并且还需要将压力侧凸片从抽吸侧凸片松脱。因此，将前缘防护件从叶片本体分离所需的力较大。因此，降低损害叶片的风险。[0007]前缘防护件可由钛基合金制成。[0008]该材料具有极为良好的承受点撞击的能力。t〇〇〇9]术语“钛基合金”用于指代大部分重量含量是钛的合金。因此，能理解的是，钛是合金中具有最大重量含量的元素。借助示例，钛基合金可具有至少50%重量含量的钛、较佳地至少70%钛、更佳地至少80%钛。[0010]前缘防护件可同样良好地由钢或通常以注册商标Inconel™公知的金属合金制成。术语“Inconel”在下文用于指代基于与镍和铬合金化的铁的合金。[0011]压力侧凸片和抽吸侧凸片可通过粘合剂或者通过焊接固定于彼此。[0012]这些技术两者均便于执行并且能确保压力侧凸片良好地固定于抽吸侧凸片。[0013]该压力侧凸片可折叠到抽吸侧凸片上。[0014]在涡轮喷气风扇中，在围绕叶片设置的壳体内部驱动这些叶片转动。因此，可观察到的是，叶片的压力侧先经过壳体的固定点，接着是抽吸侧。因此，由于压力侧凸片折叠到抽吸侧凸片上，因而在叶片梢端和壳体接触的情形中，降低压力侧凸片从抽吸侧凸片分离的风险。因此，压力侧凸片和抽吸侧凸片的此种结构用于降低压力侧凸片在与壳体无意接触的情形下打开的风险。[0015]压力侧凸片或抽吸侧凸片可固定于叶片梢端。[0016]设置在叶片梢端和另一凸片之间的凸片也例如通过粘合剂固定于叶片梢端。这使得压力侧凸片和抽吸侧凸片与叶片梢端更佳地固定。[0017]压力侧翼部和抽吸侧翼部各自包括自由边缘，且压力侧翼部和抽吸侧翼部中的一个可比另一个长，较长翼部的凸片可包括切口，该切口从较长翼部的自由边缘开始并且朝向较短翼部的自由边缘行进。[0018]较长翼部中的该切口在叶片梢端上的较长翼部的自由端部和较短翼部的自由端部之间、在叶片梢端处提供过渡部。[0019]切口的至少一部分可具有曲率半径。[0020]切口的曲率半径用于使得任何局部应力集中最小，而此种局部应力集中可能在切口具有突然方向变化的情形下沿着该切口存在。在叶片梢端上的较长翼部的自由端部和较短翼部的自由端部之间，切口并非仅仅是直线。该切口可具有沿着切口变化的曲率半径。此外，该切口可具有第一部分和直线第二部分，该第一部分沿着由叶片梢端形成的边缘行进，该直线第二部分行进至较短翼部的自由边缘，且这两个部分由一部分联合，该部分所具有的曲率半径相对于另外两个部分、即具有相当大曲率的部分较小。该切口还可具有直线的部分和具有曲率半径的部分。具有较大曲率半径的部分可先于和或跟随有直线部分或者具有较小曲率半径的部分。[0021]较短翼部的凸片可包括突部，该突部从较短翼部的自由边缘开始并且朝向较长翼部的自由边缘行进。[0022]较短翼部的突部用于在叶片梢端上的较长翼部的自由端部和较短翼部的自由端部之间提供过渡部。突部的形状可对应于较长翼部中切口的形状，以使得叶片梢端的局部覆盖具有在该叶片梢端的整个区域上恒定的厚度，且局部覆盖厚度等于抽吸侧凸片的厚度加上压力侧凸片的厚度之和。此外，由于该翼部的突部，压力侧凸片和抽吸侧凸片之间的接触面积增大。因此，可增大压力侧凸片和抽吸侧凸片之间的粘结面积。[0023]叶片本体可在叶片梢端处包括壳体，用于接纳压力侧凸片和或抽吸侧凸片。[0024]因此，叶片梢端的表面是平面且叶片在叶片梢端端部不会具有由于折叠压力侧凸片和抽吸侧凸片产生的任何额外厚度。[0025]本发明还提供一种涡轮喷气机，该涡轮喷气机包括具有多个上文所限定叶片的风扇。[0026]本发明还提供一种制造上文所限定叶片的方法，该方法包括如下步骤：[0027]•将前缘防护件组装在叶片本体上；[0028]•将抽吸侧凸片折叠到叶片梢端上；[0029]•将压力侧凸片折叠到抽吸侧凸片上；以及[0030]•通过粘合剂或者通过焊接将抽吸侧凸片和压力侧凸片固定于彼此。[0031]抽吸侧凸片可粘合地粘结于叶片梢端。附图说明[0032]本发明的其它特征和优点将从借助非限制示例给出并参照附图的本发明实施例的以下描述中变得显而易见，在附图中：[0033]•图1是旁通涡轮喷气机的示意立体图；[0034]•图2是叶片第一实施例中图1所示涡轮喷气机的风扇的旋转叶片的压力侧的示意立体图；[0035]•图3是在折叠凸片之前图2所示叶片的局部示意立体图；[0036]•图4是叶片的第二实施例中的旋转叶片的局部示意立体图；[0037]•图5至7是图4所示叶片分别在剖面V-V、VI-VI和VII-VII上的局部剖视图；[0038]•图8A和8B是叶片的第三实施例中的旋转叶片的局部示意图；以及[0039]•图9和10是叶片的第四和第五实施例中的旋转叶片的局部示意图。具体实施方式[0040]图1示出旁通涡轮喷气机10，该旁通涡轮喷气机具有气体产生器单元12和风扇14。风扇14具有多个旋转叶片16,这些旋转叶片围绕中心轴线径向地设置并且具有适合于通过旋转来推动空气的空气动力学轮廓。因此，如图2和3中所示，每个叶片16均具有前缘18、后缘20、压力侧22、抽吸侧24、叶片梢端28以及叶片根部28。[0041]在正常操作中，相对空气流基本上朝向每个叶片16的前缘18定向。因此，前缘18尤为暴露于撞击。具体地说，当叶片16具有由复合材料、具体地说由诸如纤维强化聚合物之类的有机基质复合材料制成的叶片本体30时，适于利用与每个叶片结合的前缘防护件32来保护前缘18。换言之，前缘防护件32组装在叶片本体30上。[0042]前缘防护件32由比叶片本体30的复合材料更佳地承受点撞击的材料制成。前缘防护件32主要由金属且更确切地说由诸如TA6VTi_6Al-4V的钛基合金制成。前缘防护件32可同样良好地由钢或通常以注册商标Inconel™公知的金属合金制成。术语“Inconel”在下文用于指代基于与镍和铬合金化的铁的合金。[0043]前缘防护件32具有压力侧翼部34、抽吸侧翼部36以及中心部段38，该中心部段较厚并且将压力侧翼部34和抽吸侧翼部36连接在一起，并且需横跨叶片本体30的边缘放置。压力侧翼部34和抽吸侧翼部36用于将防护件32定位在叶片本体30上。压力侧翼部34和抽吸侧翼部36具有相应的自由边缘40或42,并且在图3中，该压力侧翼部和抽吸侧翼部具有相等长度。[0044]此外，压力侧翼部34包括压力侧凸片44,且抽吸侧翼部36包括抽吸侧凸片46。压力侧凸片44和抽吸侧凸片46分别与压力侧翼部34和抽吸侧翼部36—体地制成。[0045]在图2中，压力侧凸片44和抽吸侧凸片46示作彼此叠置地折叠，以在叶片梢端26上形成局部覆盖件48。此外，压力侧凸片44例如通过粘合剂或者通过焊接固定于抽吸侧凸片46〇[0046]如图3中所示，制造叶片16的方法包括将防护件组装在叶片本体30的前缘32上的第一步骤。该方法还包括将抽吸侧凸片46折叠到叶片梢端2e上的步骤和将压力侧凸片44折叠到抽吸侧凸片46上的步骤，抽吸侧凸片46和压力侧凸片44通过粘合剂或通过焊接固定于彼此。[0047]制造叶片16的方法还可包括这样一个步骤:在该步骤期间，设置在叶片梢端26和另一凸片之间的凸片也例如通过粘合剂固定于叶片梢端26。在本示例中，抽吸侧凸片46可粘合地粘结于叶片梢端26。[0048]一旦防护件己组装在叶片本体30的前缘32上，就还可通过首先将压力侧凸片44折叠到叶片梢端26上，且然后将抽吸侧凸片46折叠到压力侧凸片44上来制造叶片16。当压力侧凸片44初始折叠到叶片梢端26上时，可设想将压力侧凸片44粘合地粘结于梢端26。压力侧凸片44和抽吸侧凸片46通过粘合剂或者通过焊接固定。[0049]下文中，各个实施例共用的构件通过相同的附图标记来识别。[0050]图4至7示出叶片16的第二实施例，其中，例如具体地说能在图5中看到的是，压力侧翼部34比抽吸侧翼部36长。[0051]此外，在图4至7的实施例中，压力侧凸片44折叠到抽吸侧凸片46上。压力侧凸片44和抽吸侧凸片46通过粘合剂或者通过焊接固定于彼此。该压力侧凸片和抽吸侧凸片在叶片梢端26上形成局部覆盖件48。抽吸侧凸片46可粘合地粘结于叶片梢端26。[0052]压力侧凸片44还具有切口52,当压力侧凸片44和抽吸侧凸片46在叶片梢端26上彼此叠置地折叠时，该切口从压力侧翼部34的自由边缘40开始并且朝向抽吸侧翼部42的自由边缘42行进。[0053]在图4至7的实施例中，叶片本体30在叶片梢端26处包括壳体54,用于接纳压力侧凸片44和抽吸侧凸片46,从而使得叶片梢端26具有平滑的表面并且不在叶片梢端26的局部覆盖件48处具有额外厚度。[0054]图8A和8B示出叶片16的第三实施例，其中，在压力侧凸片44折叠到抽吸侧凸片46上的情形下，压力侧翼部34比抽吸侧翼部36长。压力侧凸片44具有切口52,当压力侧凸片44和抽吸侧凸片46在叶片梢端26上彼此叠置地折叠时，该切口从压力侧翼部34的自由边缘40开始并且朝向抽吸侧翼部42的自由边缘42行进。此外，压力侧凸片46具有突部56,当压力侧凸片44和抽吸侧凸片46在叶片梢端26上彼此叠置地折叠时，谈犬部曰W边缘42开始并且朝向压力侧翼部34的自由边缘40行进。、产,[0055]在图8A和8B的该实施例中，切口52是弯曲的，即切口52具有至少二个曲率半径^该曲率半径可沿着压力侧翼部34的自由边缘40中的切口52改变或者该曲率半径可以是恒定的，且该切口朝向抽吸侧翼部36的自由边缘42行进。[0056]此外，叶片本体30并不具有用于接纳压力侧凸片44和抽吸侧凸片46的壳体，以使得压力侧凸片44和抽吸侧凸片46在叶片梢端26的局部覆盖件48中在叶片梢端26上形成额外厚度。[0057]图9示出叶片16的类似于图8A和8B所示实施例的实施例，但不同之处在于，切口52具有第一部分58和第二部分62,该第一部分从压力侧翼部M的自由边缘40开始并且沿着叶片梢端26的边缘行进，而该第二部分是直线的且延伸至抽吸侧翼部36的自由边缘42,且第一部分58和直线第二部分62由第三部分40连接在一起，该第三部分具有与其它部分58和62相比较小的曲率半径，即第三部分60比切口52的其它部分更有力地弯曲。[0058]图10示出叶片16的实施例，其中，抽吸侧翼部36比压力侧翼部34长。[0059]虽然本发明已参照特定实施例进行了描述，但显而易见的是，可对那些实施例采取各种修改和改变，而不会超出权利要求所限定的本发明一般范围。因此，上文提及的各个实施例的各个特征可在附加的实施例中组合。因此，描述和附图应以说明性而非限制性的意义来考虑。[0060]具体地说，具有带有曲率半径的一部分的切口52可与用于接纳压力侧凸片和抽吸侧凸片的壳体相组合。接纳壳体可仅仅接纳两个凸片的一个。例如，当较短翼部的凸片并不具有突部时，该接纳壳体可在接纳壳体的一个部分中接纳两个凸片，而在J妾纳壳体的另一部分中仅仅接纳一个凸片。

权利要求：1.一种叶片（16，所述叶片包括叶片本体30和前缘防护件3¾，所述叶片本体由通过纤维强化的有机基质复合材料制成，而所述前缘防护件由比所述叶片本体的复合材料更佳地承受点撞击的材料制成，且所述叶片（16包括叶片梢端26，所述前缘防护件32组装在所述叶片本体30上并且包括压力侧翼部34和抽吸侧翼部36，所述叶片的特征在于，所述压力侧翼部（34包括压力侧凸片（44且所述抽吸侧翼部（46包括抽吸侧凸片46，所述压力侧凸片（44和所述抽吸侧凸片46彼此叠置地折叠并且固定于彼此，以形成所述叶片梢端26的局部覆盖件48。2.如权利要求1所述的叶片（ie，其特征在于，所述压力侧凸片44和所述抽吸侧凸片46通过粘合剂或者通过焊接固定于彼此。3.如权利要求1或权利要求2所述的叶片（16，其特征在于，所述压力侧凸片44折叠到所述抽吸侧凸片46上。4.如前述权利要求中任一项所述的叶片（16，其特征在于，所述压力侧凸片（44或所述抽吸侧凸片46固定于所述叶片梢端26。5.如前述权利要求中任一项所述的叶片（16，其特征在于，所述压力侧翼部（34和所述抽吸侧翼部36各自包括自由边缘40、42，且所述压力侧翼部和所述抽吸侧翼部34、36中的一个比另一个长，较长翼部的凸片包括切口（52，所述切口从所述较长翼部的自由边缘开始并且朝向较短翼部的自由边缘行进。6.如前述权利要求中任一项所述的叶片（16，其特征在于，所述切口（52的至少一部分具有曲率半径。7.如权利要求5或权利要求6所述的叶片（16，其特征在于，所述较短翼部的凸片包括突部56，所述突部从所述较短翼部的自由边缘开始并且朝向所述较长翼部的自由边缘行进。8.如前述权利要求中任一项所述的叶片（I6，其特征在于，所述叶片本体30在所述叶片梢端26处包括壳体54，用于接纳所述压力侧凸片44和或所述抽吸侧凸片46。9.一种涡轮喷气机（10，所述涡轮喷气机包括风扇（14，所述风扇具有多个如前述权利要求中任一项所述的叶片（16。10.—种制造如权利要求1至8中任一项所述的叶片（16的方法，所述方法包括以下步骤：•将所述前缘防护件23组装在所述叶片本体30上；•将所述抽吸侧凸片妨折叠到所述叶片梢端26上1•将所述压力侧凸片44折叠到所述抽吸侧凸片46上；以及•通过粘合剂或者通过焊接将所述抽吸侧凸片46和所述压力侧凸片44固定于彼此。

百度查询： 赛峰飞机发动机公司 包括折叠前缘防护件的叶片及其制造方法

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