[發明專利]金屬/復合材料混合結構的風扇葉片及其制備方法

無效

• 申請號: 201210335009.9
• 申請日: 2012-09-11
• 公開（公告）號: CN102808657A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發明（設計）人: 吳亞東;王安正;歐陽華;杜朝輝
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: F01D5/28
• 分類號: F01D5/28;F01D5/14
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理

技術領域

本發明涉及一種航空發動機風扇技術領域的裝置及制備，具體涉及一種用于民用大涵道比航空發動機風扇的金屬/復合材料混合結構的風扇葉片及其制備方法。

背景技術

現代民用大涵道比渦扇發動機的風扇大多采用寬弦葉片設計技術，其性能好、效率高，而且比以往設計的風扇葉片易于加工，在風扇設計上得到了廣泛的應用。隨著航空發動機推力的增加，對風扇葉片的強度、變形以及重量提出了更高的要求，對于大涵道比渦扇發動機風扇葉片而言，實心的金屬寬弦葉片已經不能滿足強度、重量以及其他方面的設計要求。

現役的先進大涵道比渦扇發動機的風扇葉片均采用了空心葉片、復合材料葉片等減重措施。關于此方面有很多的報道，GE公司申請的專利文獻如US005913661A、US005947688A，該技術在葉片上開取條紋狀的槽或者塊狀結構，然后使用輕質彈性物質填充，從而達到減重和減小葉片的扭曲強度的目的。羅·羅公司申請的空心葉片專利文獻如US006979180B2，該技術內部采用加強桁條結構，使用擴散焊和超塑性成形技術，達到增加強度和減重的目的。目前GE和羅·羅公司的空心葉片和復合材料葉片均成功應用，國內公開記載的專利文獻如CN101649844A，該技術采用中空結構金屬/復合材料構架組成的空間離散肋骨結構用以填充空心葉片，通過對葉片中肋骨空間分布和形位的控制，提高葉片的比強度和比剛度。

但上述現有技術為中空結構的葉片，加工困難，尤其是肋骨的焊接。而在葉片上開槽或者塊狀結構以填充彈性物質，會引起葉片結構強度上的變化。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種金屬/復合材料混合結構的風扇葉片及其制備方法，具有密度小、強度密度之比較高、機械性能進一步優化、使用壽命延長的特點。本發明以單向碳纖維的復合增強材料為基礎，采用熱壓成型技術為民用大涵道比渦扇發動機提供一種金屬/復合材料混合結構的風扇葉片。本發明能夠大幅降低風扇葉片的重量，并通過對單向復合材料的不同組合設計以滿足風扇強度的要求。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明所述風扇葉片的壓力面上設有內置復合材料的空槽結構，該空槽結構的底部與風扇葉片的吸力面等距離，空槽結構的厚度為風扇葉片的最大厚度的1/5～1/10，空槽結構與風扇葉片的外形輪廓形狀為等比例關系。

所述的空槽結構的厚度優選為風扇葉片的最大厚度的1/7。

所述的空槽結構的上邊沿與風扇葉片的葉頂間距為風扇葉片整體高度的5-10％，優選8％；

所述的空槽結構的前沿與風扇葉片的前緣的間距為葉片弦長的7-13％，優選10％；

所述的空槽結構的后沿與風扇葉片的尾緣的間距為葉片弦長的10-16％，優選13％。

所述的空槽結構的下邊沿與風扇葉片的底部的間距為風扇葉片整體高度的12-18％，優選15％。

所述的風扇葉片的底部依次設下緣板和楔形榫頭，其中：下緣板為等厚平板結構且下緣板與風扇葉片相焊接，該下緣板與風扇葉片、安裝風扇葉片的輪盤一起形成流道結構；楔形榫頭為紡錘體結構，用于將風扇葉片定位并傳遞載荷。

與現有技術相比，本發明設計合理，對風扇葉片的外形不做任何改變，并且大幅降度風扇葉片的重量，可降低接近一半的重量，同時強度能夠保證，另外，復合材料密度小，比強度高，可以改善風扇葉片的機械性能，延長葉片的壽命。這對大涵道比渦扇發動機的風扇是十分有利的，具有重要的工程應用價值。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖；

圖2為風扇葉片沿弦線方向視圖；

圖3為單向碳纖維復合材料結構圖；

圖中：1風扇葉片、2內置復合材料、3下緣板、4楔形榫頭、5葉片前緣、6葉片尾緣、7單向碳纖維復合材料。

具體實施方式

下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例1

如圖1所示，本實施例所述風扇葉片1為金屬結構，通過楔形榫頭4安裝風扇葉片，該葉片1的壓力面開設有內置復合材料2的空槽結構，空槽結構底部與吸力面等距離，厚度D為葉片最大厚度的1/5～1/10，優選為1/7；所述的空槽結構的底部與風扇葉片的吸力面等距離，空槽結構與風扇葉片的外形輪廓形狀為等比例關系。

本裝置結構與現有若干離散槽結構相比，為整體開槽結構。