CN111720237B - 一种风扇叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种风扇叶片。本发明提供的风扇叶片，包括前缘层，前缘层连接在中间部的前侧边缘；吸力面层包括主体部和边缘部；在中间部的周向上，前缘层的两端分别与边缘部的前端和压力面层连接，边缘部的后端与主体部连接；其中，压力面层、前缘层和边缘部由第一密度材料制成。由于前缘层的设置，使得中间部的在风扇叶片的厚度方向上的两侧分别与压力面层和吸力面层的接缝不会直接暴露在外，风扇叶片受到鸟撞时，该接缝不会直接遭受撞击，使得风扇叶片不易分层，因而该风扇叶片具有强度高、受撞击不易分层的优点。

Description

一种风扇叶片
技术领域
本发明涉及一种风扇叶片，更具体地，涉及一种航空涡轮发动机的转子叶片。
背景技术
民用航空发动机关键之一是大尺寸风扇叶片。由于叶片尺寸加大，使得其强度要求更加严苛。对于高涵道比涡扇发动机来讲，实心的风扇叶片已不能满足要求，需创造轻质风扇叶片。
国外先进民用发动机均进行了减重设计：R&R公司通过超塑成型-扩散连接技术生成中空带加强桁条的纯钛合金空心风扇叶片；GE公司的风扇叶片采用了由不同材料(复合材料和钛合金)组成的复合材料叶片，复合材料为叶片主体，钛合金作为包边。R&R公司纯钛合金空心风扇叶片的减重空心率已经达到40％，而GE公司的复合材料-钛合金包边叶片的等效减重空心率则已达到了60％以上。这两种设计是发动机设计制造的关键专利技术。轻质风扇叶片的设计受到各大发动机公司的重视。
专利文献CN106762813A公开了一种风扇叶片，该风扇叶片的特征在于，风扇叶片在至少一个弦向区间内，沿着其厚度方向上由不同的材料层铺叠构成。该方案中，相邻的材料层通过胶粘连接成一体。这一设计在受到鸟撞时容易脱胶分层，导致叶片失效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风扇叶片，该风扇叶片具有强度高、受撞击不易分层的优点。
为实现所述目的的风扇叶片，包括压力面层、中间部和吸力面层；所述压力面层具有压力面，所述吸力面层具有吸力面；在沿所述风扇叶片的厚度方向上，所述压力面层、所述中间部和所述吸力面层依次铺叠连接；
其特征在于，所述风扇叶片还包括前缘层，所述前缘层连接在所述中间部的前侧边缘；所述吸力面层包括主体部和边缘部；
在所述中间部的周向上，所述前缘层的两端分别与所述边缘部的前端和所述压力面层连接，所述边缘部的后端与所述主体部连接；其中，所述压力面层、所述前缘层和所述边缘部由第一密度材料制成。
在一个实施例中，所述风扇叶片还包括缝线；所述缝线在沿所述风扇叶片的厚度方向上贯穿所述压力面层、所述中间部和所述边缘部，以将所述压力面层、所述中间部和所述边缘部连接成一体。
在一个实施例中，所述缝线包括第一线部和第二线部；所述第一线部在沿所述风扇叶片的厚度方向上贯穿所述压力面层、所述中间部和所述边缘部；
所述第二线部在沿所述风扇叶片的厚度方向上贯穿所述压力面层、所述中间部和所述主体部，以将所述压力面层、所述中间部和所述主体部连接成一体。
在一个实施例中，在沿所述风扇叶片的厚度方向上，所述第一线部和/或所述第二线部从所述吸力面贯穿所述风扇叶片，并延伸至所述压力面，再从所述压力面贯穿所述风扇叶片，并延伸至所述吸力面；和/或
在沿所述风扇叶片的厚度方向上，所述第一线部和/或所述第二线部从所述压力面贯穿所述风扇叶片，并延伸至所述吸力面，再从所述吸力面贯穿所述风扇叶片，并延伸至所述压力面。
在一个实施例中，所述压力面层、所述前缘层和所述边缘部一体成型。
在一个实施例中，所述第一密度材料为金属。
在一个实施例中，所述中间部包括多个中间层；所述中间层在沿所述风扇叶片的厚度方向上依次铺叠连接；每一个所述中间层的前侧边缘与所述前缘层连接；
其中，相邻的两个所述中间层分别由所述第一密度材料和第二密度材料制成，并且与所述压力面层连接的所述中间层由所述第二密度材料制成。
在一个实施例中，所述中间层的数量为奇数，所述主体部由所述第一密度材料制成；或者
所述中间层的数量为偶数，所述主体部由所述第二密度材料制成。
在一个实施例中，所述第一密度材料的密度大于所述第二密度材料的密度。
在一个实施例中，所述第二密度材料为复合材料。
在一个实施例中，所述压力面层和所述边缘部上开设有供所述缝线穿过的缝合微孔。
在一个实施例中，所述压力面层、由所述第一密度材料制成的所述中间层和由所述第一密度材料制成的所述主体部上开设有供所述缝线穿过的缝合微孔。
本发明的积极进步效果在于：本发明提供的风扇叶片，包括前缘层，前缘层连接在中间部的前侧边缘；吸力面层包括主体部和边缘部；在中间部的周向上，前缘层的两端分别与边缘部的前端和压力面层连接，边缘部的后端与主体部连接；其中，压力面层、前缘层和边缘部由第一密度材料制成。
由于前缘层的设置，使得中间部的在风扇叶片的厚度方向上的两侧分别与压力面层和吸力面层的接缝不会直接暴露在外，风扇叶片受到鸟撞时，该接缝不会直接遭受撞击，使得风扇叶片不易分层，因而该风扇叶片具有强度高、受撞击不易分层的优点。
附图说明
本发明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：
图1为风扇叶片的示意图；
图2为图1中A-A截面的示意图；
图3为图1中B-B截面的示意图；
图4为风扇叶片的截面图，显示了缝线；
图5为压力面层的示意图，显示了缝合微孔。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
下述公开了多种不同的实施的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。
需要注意的是，图1至图5均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。
典型的风扇叶片900如图1、2、3所示，包括前缘91、尾缘92、叶尖93、榫头94和叶面。叶面是风扇叶片900的外表面，分为压力面1a和吸力面3a。
如图2所示，风扇叶片900为沿着其厚度方向上由不同的材料层铺叠构成，具体地，风扇叶片900包括压力面层1、中间部2和吸力面层3；压力面层1具有压力面1a，吸力面层3具有吸力面3a；在沿风扇叶片900的厚度方向上，压力面层1、中间部2和吸力面层3依次铺叠连接。
为了避免风扇叶片900受到撞击后，压力面层1、中间部2和吸力面层3发生分层，在如图2所示的实施例中，风扇叶片900还包括前缘层4，前缘层4连接在中间部2的前侧边缘；吸力面层3包括主体部31和边缘部32；在中间部2的周向上，前缘层4的两端分别与边缘部32的前端和压力面层1连接，边缘部32的后端与主体部31连接；其中，压力面层1、前缘层4和边缘部32由第一密度材料制成。
更具体地，压力面层1、前缘层4和边缘部32一体成型。主体部31和边缘部32的外表面组合成吸力面3a。
在本发明的实施例中，前缘91位于尾缘92的前方。中间部2的周向是指图2中环绕中间部2的方向。第一密度材料可以为金属，例如钛合金。
由于前缘层4的设置，使得中间部2的在风扇叶片900的厚度方向上的两侧分别与压力面层1和吸力面层3的接缝不会直接暴露在外，风扇叶片受到鸟撞时，该接缝不会直接遭受撞击，使得风扇叶片900不易分层，因而该风扇叶片900具有强度高、受撞击不易分层的优点。
为进一步加强风扇叶片900的强度，风扇叶片900还包括缝线5；缝线5在沿风扇叶片900的厚度方向上贯穿压力面层1、中间部2和边缘部32，以将压力面层1、中间部2和边缘部32连接成一体。
由于压力面层1和边缘部32均由第一密度材料制成，因此二者具有相同的强度，因而缝线5能够将中间部2稳定地固定在压力面层1、前缘层4和边缘部32的内侧，从而提高风扇叶片900的前缘91的结构强度。缝线5可以由碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维或者金属丝等制作。
继续参考图2、3、4，中间部2包括多个中间层2a；中间层2a在沿风扇叶片900的厚度方向上依次铺叠连接；每一个中间层2a的前侧边缘与前缘层4连接；其中，相邻的两个中间层2a分别由第一密度材料和第二密度材料制成，并且与压力面层1连接的中间层2a由第二密度材料制成。更具体地，第一密度材料的密度大于第二密度材料的密度。上述方案有助于减轻风扇叶片900的重量，并且还保证了风扇叶片900的结构强度。
第二密度材料可以为复合材料。该实施例中的铺层层数、每一层的厚度及其变化均可通过气动、强度等计算综合优化得到。
在一个更具体的实施例中，中间层2a的数量为奇数，主体部31由第一密度材料制成；如图2、3、4所示，中间层2a的数量为3层，主体部31、边缘部32、前缘层4和压力面层1均由第一密度材料制成。
在一个未图示的实施例中，中间部2的数量为偶数，主体部31由第二密度材料制成。如若中间层2a的层数为4层，那么主体部31由第二密度材料制成。
继续参考图4，缝线5包括第一线部5a和第二线部5b；第一线部5a在沿风扇叶片900的厚度方向上贯穿压力面层1、中间部2和边缘部32；第二线部5b在沿风扇叶片900的厚度方向上贯穿压力面层1、中间部2和主体部31，以将压力面层1、中间部2和主体部31连接成一体。
第一线部5a和第二线部5b可以分离设置，但从提高结构强度的角度考虑，在缝线5的穿设路径上，第一线部5a的终点端和第二线部5b的起点段相连接，以使第一线部5a和第二线部5b能够作为一个整体而受力。
继续参考图4，在沿风扇叶片900的厚度方向上，第一线部5a和/或第二线部5b从吸力面3a贯穿风扇叶片900，并延伸至压力面1a，再从压力面1a贯穿风扇叶片900，并延伸至吸力面3a；和/或
在沿风扇叶片900的厚度方向上，第一线部5a和/或第二线部5b从压力面1a贯穿风扇叶片900，并延伸至吸力面3a，再从吸力面3a贯穿风扇叶片900，并延伸至压力面1a。
缝线5在沿风扇叶片900的厚度方向上贯穿风扇叶片900，并不要求每次贯穿风扇叶片900的路径互相平行，缝线5每次贯穿风扇叶片900的路径可以成一定角度，只要保证第一线部5a在贯穿风扇叶片900时能够贯穿压力面层1、中间部2和边缘部32，以及第二线部5b在贯穿风扇叶片900时能够贯穿压力面层1、中间部2和主体部31即可。
如图5所示，为使缝线5穿设方便，压力面层1和边缘部32上开设有供缝线5穿过的缝合微孔K。
在另外的实施例中，压力面层1、由第一密度材料制成的中间层2a和由第一密度材料制成的主体部31上开设有供缝线5穿过的缝合微孔K。
由第二密度材料制成的中间层2和由第二密度材料制成的主体部31易于穿透，所以不需要设置缝合微孔。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种风扇叶片，包括压力面层(1)、中间部(2)和吸力面层(3)；所述压力面层(1)具有压力面(1a)，所述吸力面层(3)具有吸力面(3a)；在沿所述风扇叶片(900)的厚度方向上，所述压力面层(1)、所述中间部(2)和所述吸力面层(3)依次铺叠连接；
其特征在于，所述风扇叶片(900)还包括前缘层(4)，所述前缘层(4)连接在所述中间部(2)的前侧边缘；所述吸力面层(3)包括主体部(31)和边缘部(32)；
在所述中间部(2)的周向上，所述前缘层(4)的两端分别与所述边缘部(32)的前端和所述压力面层(1)连接，所述边缘部(32)的后端与所述主体部(31)连接；其中，所述压力面层(1)、所述前缘层(4)和所述边缘部(32)由金属制成且一体成型；
所述风扇叶片(900)还包括缝线(5)，所述缝线(5)包括第一线部(5a)和第二线部(5b)，在所述缝线(5)的穿设路径上，所述第一线部(5a)的终点端和第二线部(5b)的起点段相连接；所述第一线部(5a)在沿所述风扇叶片(900)的厚度方向上贯穿所述压力面层(1)、所述中间部(2)和所述边缘部(32)，以将所述压力面层(1)、所述中间部(2)和所述边缘部(32)连接成一体，所述第二线部(5b)在沿所述风扇叶片(900)的厚度方向上贯穿所述压力面层(1)、所述中间部(2)和所述主体部(31)，以将所述压力面层(1)、所述中间部(2)和所述主体部(31)连接成一体，其中，所述压力面层(1)和所述边缘部(32)上开设有供所述缝线(5)穿过的缝合微孔(K)；
所述中间部(2)包括多个中间层(2a)；所述中间层(2a)在沿所述风扇叶片(900)的厚度方向上依次铺叠连接；每一个所述中间层(2a)的前侧边缘与所述前缘层(4)连接，并且每一个所述中间层(2a)向后延伸至所述风扇叶片(900)的尾缘(92)，其中，相邻的两个所述中间层(2a)分别由所述金属和复合材料制成。
2.如权利要求 1所述的风扇叶片，其特征在于，在沿所述风扇叶片(900) 的厚度方向上，所述第一线部(5a)和/或所述第二线部(5b)从所述吸力面(3a)贯穿所述风扇叶片(900)，并延伸至所述压力面(1a)，再从所述压力面(1a)贯穿所述风扇叶片(900)，并延伸至所述吸力面(3a)；和/或
在沿所述风扇叶片(900)的厚度方向上，所述第一线部(5a)和/或所述第二线部(5b)从所述压力面(1a)贯穿所述风扇叶片(900)，并延伸至所述吸力面(3a)，再从所述吸力面(3a)贯穿所述风扇叶片(900)，并延伸至所述压力面(1a)。
3.如权利要求1所述的风扇叶片，其特征在于，
与所述压力面层(1)连接的所述中间层(2a)由所述复合材料制成。
4.如权利要求3所述的风扇叶片，其特征在于，所述中间层(2a)的数量为奇数，所述主体部(31)由所述金属制成；或者
所述中间层(2a)的数量为偶数，所述主体部(31)由所述复合材料制成。
5.如权利要求4所述的风扇叶片，其特征在于，由所述金属制成的所述中间层(2a)和由所述金属制成的所述主体部(31)上开设有供所述缝线(5)穿过的缝合微孔(K)。
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