CN114622956A - 叶片组件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种叶片组件及其制造方法。叶片组件包括：叶片安装部(10)；叶片本体(20)，覆盖在所述叶片安装部(10)的部分表面上，其中，所述叶片本体(20)包括由树脂浸渍纤维织物并固化后形成的复合材料，且所述复合材料通过树脂粘在所述叶片安装部(10)的表面。本公开实施例能够使叶片组件的强度更高。

Description

叶片组件及其制造方法

技术领域

本公开涉及叶片制造领域，尤其涉及一种叶片组件及其制造方法。

背景技术

为了进一步提高涡扇发动机的效率、降低油耗，增大发动机的涵道比是一种行之有效的技术手段。在增加外涵道后，风扇叶片、机匣及风扇外涵出口导叶(Outlet GuideVane，简称OGV)等尺寸也相应增大，这将导致风扇段的重量占发动机总重量的比例增加，或导致整台发动机质量的增加。

为了满足发动机低油耗设计要求，提高大客发动机的市场竞争力，发动机减重已成为各大发动机生产商的主要目标之一。由于复合材料在比强度和比刚度方面的优势，目前，采用复合材料代替传统的金属材料，是各大发动机生产商提高发动机推重比，减轻发动机重量行之有效的方法和手段。

基于静子叶片的结构特征和其所受到的复合材料制造工艺的限制，无法同时制造带安装结构的复合材料静子叶片。在一些相关技术中，采用二次成型的方式制造静子叶片，即分别制造叶片本体和安装结构，再通过胶接或其他工艺将两者连接在一起。

发明内容

经研究发现，采用二次成型的方式制造的带安装结构的静子叶片在制造工艺方面存在流程复杂、制造成本高的问题，且叶片本体和安装结构的连接强度低，极易在振动疲劳的应力作用下发生开裂。

有鉴于此，本公开实施例提供一种叶片组件及其制造方法，能够使叶片组件的强度更高。

在本公开的一个方面，提供一种叶片组件，包括：

叶片安装部；

叶片本体，覆盖在所述叶片安装部的部分表面上，

其中，所述叶片本体包括由树脂浸渍纤维织物并固化后形成的复合材料，且所述复合材料通过树脂粘在所述叶片安装部的表面。

在一些实施例中，所述叶片安装部包括：

至少一个金属榫，具有榫尖，

其中，所述叶片本体的根部包覆在所述榫尖外。

在一些实施例中，所述榫尖的表面具有多个突起，嵌入在所述纤维织物的多个间隙中。

在一些实施例中，所述多个突起中的至少一个的顶部的面积小于底部的面积。

在一些实施例中，所述榫尖具有两个平表面，所述两个平表面在所述榫尖的尖端侧相交，所述多个突起分布在所述两个平表面上。

在一些实施例中，所述纤维织物包括层叠的多个二维织物层，所述多个二维织物层中邻近在所述两个平表面的至少一个二维织物层包括沿第一方向延伸的多个第一纤维和沿第二方向的多个第二纤维，所述多个第一纤维与所述多个第二纤维相互交织形成所述多个间隙，所述第一方向和所述第二方向均与所述两个平表面中的一个平行。

在一些实施例中，所述纤维织物包括三维织物，所述三维织物具有与所述榫尖尺寸匹配的V形槽，所述三维织物包括沿第一方向延伸的多个第一纤维、沿第二方向的多个第二纤维和沿第三方向延伸的多个第三纤维，所述多个第一纤维、所述多个第二纤维和所述多个第三纤维相互交织形成所述多个间隙，所述第一方向和所述第二方向均与所述两个平表面中的一个平行，所述第三方向与所述第一方向和所述第二方向均不平行。

在一些实施例中，所述多个突起中的至少一个在所述第一方向上的尺寸不大于所述多个间隙中的至少一个在所述第一方向上的尺寸，在所述第二方向上的尺寸不大于所述多个间隙中的至少一个在所述第二方向上的尺寸，所述多个突起中相邻突起的间距为所述多个间隙中的至少一个在所述第一方向或所述第二方向上的尺寸的正整数倍。

在一些实施例中，所述多个突起的高度小于或等于所述多个突起分别正对的纤维织物的厚度。

在一些实施例中，所述至少一个金属榫还包括：

安装环，与所述榫尖固定连接或一体制成，且位于所述榫尖远离所述榫尖的尖端侧的相反侧，被配置为安装在机匣上。

在一些实施例中，所述叶片安装部还包括：

机匣，与所述至少一个金属榫安装连接或一体制成。

在本公开的一个方面，提供一种前述叶片组件的制造方法，包括：

提供叶片安装部；

将叶片本体形成并覆盖在所述叶片安装部的部分表面上，

其中，形成所述叶片本体的步骤包括：

将纤维织物包覆在所述叶片安装部的部分表面上；

将包覆所述纤维织物的叶片安装部放入所述叶片本体的型腔，并向所述型腔内通入液态的树脂，以使所述树脂浸渍所述纤维织物；

使所述树脂固化，以形成作为所述叶片本体的复合材料。

在一些实施例中，提供叶片安装部的步骤包括：

形成至少一个金属榫，所述金属榫具有榫尖，所述榫尖的表面具有多个突起。

在一些实施例中，将纤维织物包覆在所述叶片安装部的部分表面上的步骤包括：

将所述纤维织物包覆在所述榫尖外，并使所述多个突起嵌入在所述纤维织物的多个间隙中。

在一些实施例中，形成至少一个金属榫的步骤包括：

通过增材制造工艺形成榫尖和位于所述榫尖远离所述榫尖的尖端侧的相反侧的安装环。

在一些实施例中，形成叶片安装部的步骤还包括：

形成机匣，所述机匣与所述至少一个金属榫安装连接或一体制成的。

因此，根据本公开实施例，通过粘在叶片安装部的部分表面、且包括由树脂浸渍纤维织物并固化后形成的复合材料的叶片本体，可提高叶片组件强度，简化叶片组件的制造工艺，降低制造成本。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1是根据本公开叶片组件的一些实施例的结构示意图；

图2是根据本公开叶片组件的一些实施例的局部结构示意图；

图3是图2中榫尖表面的结构示意图；

图4是根据本公开叶片组件的一些实施例中二维织物层与榫尖表面的突起的对应示意图；

图5是图4中二维织物层包覆在榫尖表面的示意图；

图6是根据本公开叶片组件的另一些实施例中具有其他形状的突起的榫尖表面的示意图；

图7是根据本公开叶片组件的一些实施例中三维织物的结构示意图；

图8-图10分别是根据本公开叶片组件的另一些实施例中二维织物层的结构示意图；

图11是根据本公开叶片组件的制造方法的一些实施例的流程示意图；

图12是图11中步骤S20的具体流程示意图。

应当明白，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。此外，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。

本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。

本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

图1是根据本公开叶片组件的一些实施例的结构示意图。图2是根据本公开叶片组件的一些实施例的局部结构示意图。图3是图2中榫尖表面的结构示意图。参考图1和图2，在一些实施例中，叶片组件包括：叶片安装部10和叶片本体20。叶片本体20覆盖在所述叶片安装部10的部分表面上。所述叶片本体20包括由树脂浸渍纤维织物并固化后形成的复合材料，且所述复合材料通过树脂粘在所述叶片安装部10的表面。

本实施例中的叶片本体粘在叶片安装部的部分表面，并且叶片本体包括由树脂浸渍纤维织物并固化后形成的复合材料。相比于相关技术中叶片本体与安装结构分别制造并连接的方式，本实施例可通过在叶片安装部的表面覆盖纤维织物，并在放到模具中加入树脂，以通过树脂浸渍纤维织物并粘接在叶片安装部的表面，这样在树脂固化后可有效地提高叶片组件强度，并能够简化叶片组件的制造工艺，降低制造成本。

参考图1，叶片安装部10可包括多个，并分别设置在叶片本体20的多个部位。这样形成的叶片组件可作为静子叶片使用。在另一些实施例中，叶片组件也可以作为转子叶片使用。

参考图2，在一些实施例中，叶片安装部10包括至少一个金属榫。金属榫具有榫尖12，叶片本体20的根部21包覆在所述榫尖12外。这样可通过金属榫有效地提高叶片安装部的结构强度。金属榫可采用铝合金、钛合金或钢等合金或金属制成。通过在金属榫上设置榫尖，有利于提高叶片本体与叶片安装部的连接面积，提高连接强度。

在图2中，金属榫还包括安装环11。在一些实施例中，安装环11与所述榫尖12固定连接或一体制成，并位于所述榫尖12远离所述榫尖12的尖端侧的相反侧。安装环11可用于与外部结构(例如机匣)装配。在另一些实施例中，也可以一体化制造带有金属榫的外部结构(例如机匣)，即在外部结构的周向上按照预设间隔排布至少一个金属榫，相应地可不需要制造安装环。

在图2和图3中，榫尖12的表面具有多个突起13，嵌入在所述纤维织物的多个间隙中。覆盖到榫尖表面的纤维织物的间隙与突起配合，可避免突起对纤维造成割裂或断裂等损伤。金属榫的制造可采用增材制造工艺，例如通过3D打印、双光子聚合、面投影微立体光刻、连续液面生产等工艺制造。这样有利于制造表面带有突起的金属榫的榫尖。

参考图3，在一些实施例中，多个突起13中的至少一个的顶部的面积小于底部的面积。这样有利于突起13进入纤维织物的间隙，避免突起13不能顺利地进入间隙而对纤维织物的纤维造成损伤。

在图3中，突起13呈四棱锥形。图6示出了具有其他形状的突起的榫尖表面。这些突起13的顶部的面积基本小于底部面积，横截面形状可以为多边形或圆形，以形成四棱锥台、圆锥、圆锥台、圆柱等。有些突起13的顶部的面积也可以与底部面积相同。

参考图2，在一些实施例中，所述榫尖12具有两个平表面14，所述两个平表面14在所述榫尖12的尖端侧相交，这样可在金属榫上形成扁嘴形的榫尖结构。所述多个突起13分布在所述两个平表面14上，即两个平表面14均设置多个突起13。突起13的数量、密度和排布可根据设计需要进行选择，例如多个突起13在平表面14上可以阵列排布。在另一些实施例中，也可采用其他方式排布，例如随机排布。

在一些实施例中，纤维织物可采用碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维、聚酰亚胺纤维、SiC纤维等由编织、机织、缝合等方式制造的二维织物或者三维织物。织物的结构形式可以是锻纹、平纹、斜纹等。

图4是根据本公开叶片组件的一些实施例中二维织物层与榫尖表面的突起的对应示意图。图5是图4中二维织物层包覆在榫尖表面的示意图。参考图4和图5，在一些实施例中，纤维织物包括层叠的多个二维织物层22。所述多个二维织物层22中邻近在所述两个平表面14的至少一个二维织物层22包括沿第一方向x延伸的多个第一纤维221和沿第二方向y的多个第二纤维222。二维织物层22可采用各种结构形式，例如图8-图10分别所示的几种二维织物层的结构。

所述多个第一纤维221与所述多个第二纤维222相互交织形成所述多个间隙223。所述第一方向x和所述第二方向y均与所述两个平表面14中的一个平行。在一些实施例中，第一方向x与第二方向y相互垂直。在另一些实施例中，第一方向x与第二方向y不垂直。

在一些实施例中，多个突起13中的至少一个在所述第一方向x上的尺寸不大于所述多个间隙223中的至少一个在所述第一方向x上的尺寸。在所述第二方向上的尺寸不大于所述多个间隙中的至少一个在所述第二方向上的尺寸，多个突起13中的至少一个分别在所述第一方向和所述第二方向上的尺寸均不小于1mm。这样既确保突起13的结构强度，也确保突起13与纤维织物的间隙223的可靠配合。

所述多个突起13中相邻突起13的间距为所述多个间隙中的至少一个在所述第一方向或所述第二方向上的尺寸的正整数倍。这样可确保多个突起13能够顺利地进入多个间隙223。所述多个突起13的高度小于或等于所述多个突起13分别正对的纤维织物的厚度。

将纤维织物铺覆在金属榫的上表面，把金属榫上的突起对准纤维织物的间隙，表面突起的尖端***间隙中，将表面突起***织物的一个间隙中。由于纤维织物比较柔软且可变形，表面突起的宽度小于花节的长度，表面突起可以较好的嵌入间隙中，不会对纤维造成割裂、断裂等损伤。缓慢按压纤维织物直至贴紧金属榫的表面，继续以同样的方式铺覆其他的纤维织物，直至达到设计的型面厚度。以同样的方式，将纤维织物铺覆在金属榫的另一面。

图7是根据本公开叶片组件的一些实施例中三维织物的结构示意图。参考图7，在一些实施例中，纤维织物包括三维织物23。所述三维织物23具有与所述榫尖12尺寸匹配的V形槽221。在金属榫上设置三维织物23时，将榫尖12***三维织物23的V形槽221内，确保三维织物的V形槽底部与金属榫的榫尖对齐，并使得榫尖12表面的突起13同时***到三维织物23上的多个间隙232内。

所述三维织物23包括沿第一方向x延伸的多个第一纤维、沿第二方向y的多个第二纤维和沿第三方向z延伸的多个第三纤维，所述多个第一纤维、所述多个第二纤维和所述多个第三纤维相互交织形成所述多个间隙232。所述第一方向x和所述第二方向y均与所述两个平表面14中的一个平行，所述第三方向z与所述第一方向x和所述第二方向y均不平行，例如与第一方向x和所述第二方向y均垂直。三维织物的间隙由三个方向的纤维的交叉点构成，间隙的组成方式不限于相同组成类型或方向的交点。

基于本公开前述叶片组件的各实施例，本公开还提供了对应的制造方法实施例。图11是根据本公开叶片组件的制造方法的一些实施例的流程示意图。图12是图11中步骤S20的具体流程示意图。参考图11，在一些实施例中，叶片组件的制造方法包括步骤S10和步骤S20。在步骤S10中，提供叶片安装部10。在步骤S20中，将叶片本体20形成并覆盖在所述叶片安装部10的部分表面上。

在上述实施例中，步骤S10中提供叶片安装部10的步骤包括：形成至少一个金属榫，所述金属榫具有榫尖12，所述榫尖12的表面具有多个突起13。形成至少一个金属榫的步骤可包括：通过增材制造工艺形成榫尖12和位于所述榫尖12远离所述榫尖12的尖端侧的相反侧的安装环11。

在一些实施例中，形成叶片安装部10的步骤还包括：形成机匣，所述机匣与所述至少一个金属榫安装连接或一体制成。

在图12中，步骤S20中形成所述叶片本体20的步骤包括步骤S21-步骤S23。在步骤S21中，将纤维织物包覆在所述叶片安装部10的部分表面上。此时，可将所述纤维织物包覆在所述榫尖12外，并使所述多个突起13嵌入在所述纤维织物的多个间隙中。可缓慢按压着纤维织物，使其紧贴在榫尖表面。可以采用相同方式包覆多层的纤维织物。

在步骤S22中，将包覆所述纤维织物的叶片安装部10放入所述叶片本体20的型腔，并向所述型腔内通入液态的树脂，以使所述树脂浸渍所述纤维织物。这里的型腔可以为固体模具或者柔性模具的型腔。

在步骤S23中，使所述树脂固化，以形成作为所述叶片本体20的复合材料。例如采用升温、加压、抽真空等方式使树脂固化。然后，可将固化好的叶片组件脱模，以进行后续加工。

通过上述制造方法制造的叶片组件，通过将突起***纤维织物的间隙中，既能够使得纤维织物与榫尖的表面更稳固地维持相对位置，且不容易发生纤维断裂，从而减少造成的纤维织物的损伤和变形，进而提高作为静子叶片的叶片组件的强度。上述制造方法与相关技术中的静子叶片的制造工艺相比，制造工艺更加简单，仅需要一套复合材料成型模具，减少了制造环节，显著降低了制造成本。

至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (16)

1.一种叶片组件，其特征在于，包括：

叶片安装部(10)；

叶片本体(20)，覆盖在所述叶片安装部(10)的部分表面上，

其中，所述叶片本体(20)包括由树脂浸渍纤维织物并固化后形成的复合材料，且所述复合材料通过树脂粘在所述叶片安装部(10)的表面。

2.根据权利要求1所述的叶片组件，其特征在于，所述叶片安装部(10)包括：

至少一个金属榫，具有榫尖(12)，

其中，所述叶片本体(20)的根部(21)包覆在所述榫尖(12)外。

3.根据权利要求2所述的叶片组件，其特征在于，所述榫尖(12)的表面具有多个突起(13)，嵌入在所述纤维织物的多个间隙中。

4.根据权利要求3所述的叶片组件，其特征在于，所述多个突起(13)中的至少一个的顶部的面积小于底部的面积。

5.根据权利要求3所述的叶片组件，其特征在于，所述榫尖(12)具有两个平表面(14)，所述两个平表面(14)在所述榫尖(12)的尖端侧相交，所述多个突起(13)分布在所述两个平表面(14)上。

6.根据权利要求5所述的叶片组件，其特征在于，所述纤维织物包括层叠的多个二维织物层(22)，所述多个二维织物层(22)中邻近在所述两个平表面(14)的至少一个二维织物层(22)包括沿第一方向延伸的多个第一纤维和沿第二方向的多个第二纤维，所述多个第一纤维与所述多个第二纤维相互交织形成所述多个间隙，所述第一方向和所述第二方向均与所述两个平表面(14)中的一个平行。

7.根据权利要求5所述的叶片组件，其特征在于，所述纤维织物包括三维织物(23)，所述三维织物(23)具有与所述榫尖(12)尺寸匹配的V形槽(221)，所述三维织物(23)包括沿第一方向延伸的多个第一纤维、沿第二方向的多个第二纤维和沿第三方向延伸的多个第三纤维，所述多个第一纤维、所述多个第二纤维和所述多个第三纤维相互交织形成所述多个间隙，所述第一方向和所述第二方向均与所述两个平表面(14)中的一个平行，所述第三方向与所述第一方向和所述第二方向均不平行。

8.根据权利要求6或7所述的叶片组件，其特征在于，所述多个突起(13)中的至少一个在所述第一方向上的尺寸不大于所述多个间隙中的至少一个在所述第一方向上的尺寸，在所述第二方向上的尺寸不大于所述多个间隙中的至少一个在所述第二方向上的尺寸，所述多个突起(13)中的至少一个分别在所述第一方向和所述第二方向上的尺寸均不小于1mm，所述多个突起(13)中相邻突起(13)的间距为所述多个间隙中的至少一个在所述第一方向或所述第二方向上的尺寸的正整数倍。

9.根据权利要求3所述的叶片组件，其特征在于，所述多个突起(13)的高度小于或等于所述多个突起(13)分别正对的纤维织物的厚度。

10.根据权利要求2所述的叶片组件，其特征在于，所述至少一个金属榫还包括：

安装环(11)，与所述榫尖(12)固定连接或一体制成，且位于所述榫尖(12)远离所述榫尖(12)的尖端侧的相反侧，被配置为安装在机匣上。

11.根据权利要求2所述的叶片组件，其特征在于，所述叶片安装部(10)还包括：

机匣，与所述至少一个金属榫安装连接或一体制成。

12.一种权利要求1～11任一所述的叶片组件的制造方法，其特征在于，包括：

提供叶片安装部(10)；

将叶片本体(20)形成并覆盖在所述叶片安装部(10)的部分表面上，

其中，形成所述叶片本体(20)的步骤包括：

将纤维织物包覆在所述叶片安装部(10)的部分表面上；

将包覆所述纤维织物的叶片安装部(10)放入所述叶片本体(20)的型腔，并向所述型腔内通入液态的树脂，以使所述树脂浸渍所述纤维织物；

使所述树脂固化，以形成作为所述叶片本体(20)的复合材料。

13.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，提供叶片安装部(10)的步骤包括：

形成至少一个金属榫，所述金属榫具有榫尖(12)，所述榫尖(12)的表面具有多个突起(13)。

14.根据权利要求13所述的制造方法，其特征在于，将纤维织物包覆在所述叶片安装部(10)的部分表面上的步骤包括：

将所述纤维织物包覆在所述榫尖(12)外，并使所述多个突起(13)嵌入在所述纤维织物的多个间隙中。

15.根据权利要求13所述的制造方法，其特征在于，形成至少一个金属榫的步骤包括：

通过增材制造工艺形成榫尖(12)和位于所述榫尖(12)远离所述榫尖(12)的尖端侧的相反侧的安装环(11)。

16.根据权利要求13所述的制造方法，其特征在于，形成叶片安装部(10)的步骤还包括：

形成机匣，所述机匣与所述至少一个金属榫安装连接或一体制成。

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