[发明专利]具有三维编织的纤维增强和二维编织的表层的复合材料制成的叶片及其制造方法

说明书

一种用于航空燃气涡轮发动机的叶片(10)，该叶片在纵向方向(DL)上包括叶片根部(11)、柄部(12)和叶片本体(13)，该叶片本体在纵向方向上在柄部(12)与叶片顶端(14)之间，并且在横向方向(DT)上在由金属材料制成的前缘(40)与后缘(131)之间延伸。叶片包括由复合材料制成的叶片芯(20)，该复合材料具有三维编织的纤维增强，该三维编织的纤维增强形成叶片根部、柄部和叶片本体(21)的一部分。叶片还包括由复合材料制成的表层(30)，该复合材料具有围绕叶片芯(20)的叶片本体部分(21)的二维编织的纤维增强，表层插置在由金属材料制成的前缘(40)与叶片芯的叶片本体部分的前边缘之间，以限定变薄的前缘部分，表层包括一个或多个二维编织层，每个编织层围绕叶片芯的叶片本体部分缠绕，表层还限定变薄的后缘。

技术领域

本发明涉及由复合材料制成的叶片的制造的一般领域，所述复合材料具有被基质致密化的纤维增强，通过将包含基质的前体的液体组合物注射到纤维预成形件中获得该基质。

背景技术

目标领域是用于飞行器发动机或工业涡轮的燃气涡轮叶片，并且更特别地，但不排他地，目标领域是用于飞行器发动机的风扇叶片。

由复合材料制成的叶片的制造包括以下步骤：

a)通过三维或多层编织，生产纤维结构，

b)压实和成形纤维结构，

c)将以这种方式获得的纤维预成形件放置在注射模制工具(RTM)中，

d)将基质材料，如树脂的液体前体组合物注射到纤维预成形件中，

e)将液体组合物转化成基质，以便获得由复合材料制成的成型元件，该复合材料包括由基质致密化的纤维增强。

特别地，在文献US2005/0084377中描述了由复合材料制成的叶片的生产，该复合材料从通过三维编织所生产的纤维增强获得，并且通过基质被致密化。

三维(3D)或多层编织赋予由复合材料制成的所得叶片非常好的机械强度。然而，在叶片的具有小厚度(大约几毫米)的部分中，如在叶片的前缘和/或后缘处的情况，更难以获得由三维或多层编织给出的良好的机械强度。实际上，从机械观点来看，并且根据认证要求，前缘和后缘在它们经受各种应力(如与鸟类的撞击或飞行周期(侵蚀/寿命)的重复)时，必须能够承受或限制损坏。

通过三维编织获得具有良好的机械强度的小厚度部分的困难，解释如下：

-用于3D或多层编织的股线或纱线的大尺寸或纤度，其为毫米级，以及

-为了确保良好的机械强度所必需的经或纬股线或纱线的层的数量，因为通过仅交织两层纱线(最小数量的经或纬纱线层，以便形成3D或多层编织)比通过交织大量纱线层，更难以获得最佳的机械强度。

从空气动力学性能的观点来看，风扇叶片的上游(前缘)和下游(后缘)端的厚度的减小可以增加空气动力学效率和行为。实际上，前缘和/或后缘的厚度的减小使得可以限制叶片轮廓的旁路。这种旁路导致在跨音速和超音速区段(在叶片的头部)上的马赫峰，该马赫峰不利于风扇的性能。此外，主要对于高度高于60％的区段，厚度的减小减少了在后缘处的轮廓损失(基底损失)。这种厚度减小对机器的效率以及因此其消耗具有直接影响。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于由复合材料制成的叶片的解决方案，该解决方案不具有上述缺点，并且使得能够在叶片上容易地形成具有良好的机械特性的精细部分。