[发明专利]包括薄护罩和加强件的风扇叶片

说明书

本发明涉及一种风扇叶片(1)，该叶片包括：‑翼型件(8)，该翼型件由复合材料制成，该复合材料包括由聚合物基质致密化的纤维增强体、前边缘(4)和后边缘(5)，以及‑结构型护罩(10)，该结构型护罩被装配并附接到前边缘(4)或后边缘(5)，以及‑至少一个加强件(20)，该至少一个加强件与结构型护罩(10)一体地形成并形成为单件，所述加强件(20)延伸到形成在护罩(10)与前边缘(4)或后边缘(5)之间的空腔(15)中，以增加叶片(1)的刚度。

技术领域

本发明总体上涉及涡轮机领域，并且更具体地涉及这些涡轮机的风扇叶片及风扇叶片的制造方法的领域。

本发明更具体地应用于由复合材料或金属材料制成的风扇叶片，风扇叶片的前边缘包括结构型金属护罩。

背景技术

涡轮机的风扇叶片包括翼型件，该翼型件具有前边缘、后边缘和将前边缘连接到后边缘的压力侧和吸力侧的侧面。

涡轮机叶片，并且特别是风扇叶片承受高应力，主要是承受高的机械应力，特别是承受由空气动力、动态应力(例如离心应力)以及在某些情况下的热应力引起的高的机械应力。这些叶片必须满足严格的重量和体积要求。因此，已经提出使用由复合材料制成的叶片，该复合材料包括由聚合物基质致密化的纤维增强体，因此，该叶片比具有同等质量的金属叶片更轻并具有更好的抗应力性。

在发动机的认证和使用期间，风扇叶片会受到鸟类的侵袭。因此，风扇叶片的机械性能在设计阶段期间得到优化，以满足认证规则。

已知的是，如文献EP 1 908 919中所提及的，由复合材料制成的风扇叶片配备有结构型金属护罩，该护罩在翼型件的整个高度上延伸并超过该翼型件的前边缘，并且该护罩包括前边缘以及翅片，该前边缘被构造成面向翼型件的前边缘，该翅片被构造成支撑在叶片的压力侧和吸力侧上。这种类型的护罩特别使得能够保护前边缘并避免分层、纤维断裂或甚至由于纤维/基质粘合力的损失而造成损坏的风险。该护罩还通过允许前边缘变薄而参与了叶片的刚度，这特别对于频率方面、冲击时的偏转以及叶片的空气动力学特性是必要的。

从空气动力学性能的观点来看，减小叶片的上游(前边缘)端部和下游(后边缘)端部的厚度使得能够增加空气动力学效率以及特性。事实上，实施所谓的薄的边缘技术使得能够限制轮廓的偏转，这种偏转导致跨音速和超音速部段(在叶片的尖端处)的马赫数峰值对风扇的性能有害。此外，减小后边缘的厚度使得能够减少空气动力学基础损失(在后边缘处的轮廓损失)，主要用于高度的60％以上的部段。

这种类型的技术的影响与涡轮机的效率直接关联，因此也与该涡轮机的燃料消耗直接关联。

然而，当叶片，特别是风扇叶片由复合材料制成时，很难在保持翼型件的前边缘(或后边缘)的最佳机械阻力的同时获得小的厚度(即大约为一毫米至两毫米)。事实上，从机械的观点来看并考虑到认证要求，前边缘和后边缘在受到诸如鸟类撞击或重复飞行周期(寿命)的各种力的作用时，能够抵抗和限制对叶片的损坏是必要的。获得小的厚度的这种困难是由被用于生产纤维增强体的线的厚度(线包括数千根纤维(通常是碳)，并且具有大约数毫米的厚度)和用于确保良好的机械阻力所需的层数来解释。事实上，通过交织两层比通过交织更多的层来获得最佳特性更困难。

护罩已经允许叶片的前边缘变薄。事实上，护罩通常由金属制成，这使得能够得到更小的厚度。然而，为了使护罩的前边缘足够薄，考虑到护罩从其延伸的翼型件的前边缘的厚度，将有必要大大增加该护罩的质量。护罩的质量将大于护罩的大的厚度，该护罩的头部的范围将较大，以具有锥形横截面。然而，在发生撞击时，特别是与小尺寸的鸟类发生撞击时，存在相当大的风险，即护罩将从翼型件局部地分离，并且如果维护操作没有或多或少地快速执行，分离将在叶片的高度上传播直到完全分离。

发明内容