[发明专利]由复合材料制成并具有增强侵蚀保护膜的叶片以及相关的保护方法

说明书

本发明涉及一种涡轮机叶片，该涡轮机叶片包括：由纤维增强有机基质复合材料制成的叶片主体，该叶片主体具有内拱面和设置有顶端的头部；侵蚀保护膜(22)，该侵蚀保护膜由热塑性聚合物制成并粘结到叶片主体上；增强层(23)，该增强层由热固性聚合物制成并且位于叶片头部上的侵蚀保护膜(22)上。

技术领域

本发明涉及一种复合材料的叶片，该叶片在叶片顶端附近具有增强抗侵蚀膜，以及一种用于保护由复合材料制成的叶片的方法。本发明尤其涉及用于涡轮机、特别是涡轮喷气发动机的风扇叶片。

背景技术

在航空领域中，涡轮机通常由包括压缩机和低压涡轮的所谓的冷部分以及包括压缩机和高压涡轮的所谓的热部分组成。风扇位于低压压缩机的上游，该风扇是由转子和定子组成的结构，该转子由大尺寸的宽弦叶片构成，该定子由风扇壳体构成。应当指明，术语“上游”是根据涡轮机内的主要气体流动方向来考虑的。

在经常积极寻求减轻重量的涡轮机中，复合材料通常用于制造部件，尤其是关于所谓的冷部分，更确切地说是关于低压风扇，因为温度水平最有利于使用有机基质复合材料。这就是为什么采用复合材料开发出最新一代的低压风扇(尤其是风扇叶片)的原因。

与传统的钛叶片(TA6V)相比，复合材料叶片在工作中提供出色的机械性能，并为涡轮机节省大量重量。但是，这些叶片的热机械强度必须通过施加不同的保护元件来提高。

这些复合叶片确实必须承受不同类型的工作应力，并且尤其必须要确保(对摄入物、异物、侵蚀物类型等的)冲击抵抗性。通常通过在冲击敏感的位置施加金属部件(例如，通常使用粘合到叶片的前缘的金属保护性边缘(通常称为屏蔽层或箔))，通过施加PTFE织物涂层和/或抗侵蚀保护元件(油漆、聚氨酯膜)来确保这种冲击抵抗性。

这些复合叶片还必须提供对风扇壳体的可磨损部分的接触型磨损的抵抗力。要记住的是，为了使叶片和风扇壳体之间的工作间隙最优化，风扇壳体上涂覆了一层所谓的“耐磨”材料，该材料通常由环氧树脂和微米级玻璃珠的混合物组成。在涡轮机运行期间，叶片可能摩擦这种耐磨材料，以优化壳体上任何位点的间隙。然而，这种接触导致叶片的自加热，从而导致复合材料的过度局部化的但不可逆转的劣化，这恶化了叶片的机械性能。这些特性特别是当风扇叶片高速旋转时恶化。

因此，复合材料风扇叶片顶端的磨损保护被证明是至关重要的，特别是当发动机制造商通过减小工作间隙、尤其是风扇叶片顶端间隙从而增加摩擦接触点的出现而不断寻求提高发动机性能时。

通常通过设置在风扇叶片顶端处并完全覆盖叶片顶端的金属箔来提供对风扇壳体上的耐磨接触型磨损的抵抗力。

然而，使用金属箔的缺点是：向风扇叶片引入了显著的额外重量，这影响了风扇叶片的离心负荷，从而影响了风扇盘的寿命和涡轮机的性能。

因此，由有机基质复合材料制成的最新一代风扇叶片在叶片顶端不包含金属箔。这种设计使它们更容易因接触风扇外壳的耐磨部分而损坏。特别地，由接触引起的自加热由于在工作期间叶片顶端的移位而影响叶片的压力侧，并且特别地，自加热影响设置在叶片上以改善其侵蚀抵抗性的一个或多个保护元件。例如，在加热的作用下，粘结在叶片的压力侧的由热塑性聚合物制成的侵蚀保护膜(例如聚氨酯膜)在高于200℃的温度下以及在经受大的离心力时具有蠕流的可能性。结果，在使用中，该抗侵蚀膜的碎片可被离心并与叶片分离，这导致叶片复合材料的侵蚀保护性能下降，因此使叶片的使用寿命受到质疑。

本发明旨在提供金属箔的替代方案。更具体地，本发明旨在使有机基质复合材料的叶片的顶端能够在不必使用金属箔的情况下被保护免受摩擦接触。

发明内容

为此，本发明的一个目的是一种涡轮机叶片，该涡轮机叶片包括：

-由纤维增强有机基质复合材料制成的叶片主体，该叶片主体具有压力侧和设置有顶端的头部；

-粘结到叶片主体上的由热塑性聚合物制成的侵蚀保护膜；