CN105473870B - 复合材料翼 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种复合材料翼，其具有：由热固化性树脂或热塑性树脂与强化纤维而成的复合材料构成的复合材料翼主体(11)；经由软质粘接剂(13)与复合材料翼主体(11)的前缘部(11A)接合而覆盖该前缘部(11A)的金属外皮(12)，在复合材料翼主体(11)的前缘部(11A)，形成有：填充有软质粘接剂(13)的粘接剂填充部(11a)；与相当于金属外皮(12)的前缘的弯曲部(12b)抵接的多个前缘侧抵接部(11b)；多个突部(11c)，其以与在粘接剂填充部(11a)填充了需要量的软质粘接剂(13)的层的厚度相同高度与相当于金属外皮(12)的翼面的平面部(12c)抵接。能够高精度且简单地进行相对于前缘部的金属外皮的安装。

Description

复合材料翼
技术领域
本发明涉及一种例如作为构成涡轮风扇发动机的静翼而使用的复合材料翼。
背景技术
在上述涡轮风扇发动机中，通常，具有：向发动机主体内导入空气的动翼；作为对由该动翼导入的空气流进行整流的静翼的导叶。
为了应对近年来以涡轮风扇发动机的油耗降低为目的的高旁路比化的要求，有风扇径变大的倾向，伴随与此，当务之急是谋求涡轮风扇发动机的轻量化。
作为对空气流进行整流的静翼即导叶，例如，由于是使用环氧树脂等热固化性树脂与碳纤维等强化纤维的复合材料的复合材料翼，所以谋求其本身的轻量化。在使用这样的复合材料的导叶的情况下，由于与金属制的导叶相比耐磨损性变差，通过在特别容易磨损的前缘部(前缘及其附近)利用粘接剂接合磨损防止用的金属外皮，以避免磨损(例如，参照专利文献1、2参照)。
存在这样的磨损防止用的金属外皮因吸入到发动机的碎石等异物的冲撞而损伤这样的所谓的承受FOD(Foreign Object Damage：外来物损坏)的情况，但是，为了将异物冲撞时的金属外皮的损伤抑制得很小、或者在更换承受了FOD的金属外皮时容易剥除粘接剂，使用软质粘接剂作为粘接剂来接合金属外皮(例如，参照专利文献3)。
这样，在前缘部使用软质粘接剂接合金属外皮的情况下，在涂敷软质粘接剂时力求确保软质粘接剂层的厚度均匀，但是作为谋求软质粘接剂的厚度均匀化的技术，公知有使与软质粘接剂的厚度相同的高度的双头螺栓形成于软质粘接剂涂敷面的方法(例如，参照专利文献4)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-024695号公报
专利文献2：日本特开2009-068493号公报
专利文献3：日本特开2001-041002号公报
专利文献4：日本特开平01-076799号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
如上所述，在为了在前缘部接合金属外皮而使用软质粘接剂时，在撞上小石等异物时，能够将金属外皮所承受的损害抑制得很低，除此以外，还能够实现金属外皮的更换作业的容易化。
但是，在前缘部使用软质粘接剂接合金属外皮的情况下，在涂敷软质粘接剂时，很难确保软质粘接剂层的厚度均匀并且进行相对于前缘部的金属外皮的定位，因此，存在为了相对于前缘部高精度地安装金属外皮而花费大量功夫的问题，如何解决该问题是现有课题。
本发明着眼于上述现有课题，其目的在于，提供一种复合材料翼，其能够高精度且简单地进行相对于前缘部的金属外皮的安装。
用于解决技术问题的技术手段
本发明构成为一种复合材料翼，其具有：由热固化性树脂或热塑性树脂与强化纤维的复合材料构成的复合材料翼主体；经由软质粘接剂与所述复合材料翼主体的前缘部(前缘及其附近)接合而覆盖该前缘部的金属外皮，在所述复合材料翼主体的前缘部形成有：填充有所述软质粘接剂的粘接剂填充部；与相当于所述金属外皮的前缘的弯曲部抵接的前缘侧抵接部；多个翼面侧抵接部，其以与在所述粘接剂填充部至少填充了需要量的软质粘接剂的层的厚度相同的高度与相当于所述金属外皮的翼面的平面部抵接。
在本发明的复合材料翼中，在其制造工序中，在将金属外皮经由软质粘接剂与复合材料翼主体的前缘部接合的情况下，在前缘部的粘接剂填充部填充需要的量的软质粘接剂，并且在金属外皮的接合面涂敷软质粘接剂后，将金属外皮嵌入复合材料翼主体的前缘部并向前缘侧抵接部及多个翼面侧抵接部按压。
此时，由于前缘侧抵接部与相当于金属外皮的前缘的弯曲部抵接，并且多个翼面侧抵接部以与在粘接剂填充部至少填充了需要量的软质粘接剂的层的厚度相同的高度与相当于金属外皮的翼面的平面部抵接，即，由于金属外皮在被定位的状态下与软质粘接剂的层均匀地接触，所以高精度且简单地进行相对于前缘部的金属外皮的安装。
发明效果
在本发明中，能够起到如下非常优秀的效果：将因小石等异物撞到金属外皮时的损害抑制得很小，并且实现金属外皮的更换作业的容易化，除此以外，能够高精度且容易地进行相对于前缘部的金属外皮的安装。
附图说明
图1是采用本发明的一实施例的复合材料翼作为导叶的涡轮风扇发动机的简要截面说明图。
图2是图1的导叶的分解立体说明图。
图3是图2的导叶的端部的放大立体说明图。
图4A是基于图3的A－A线位置的局部截面说明图。
图4B是基于图3的B－B线位置的局部截面说明图。
图5A是基于图3的C－C线位置的翼面侧抵接部的局部截面说明图。
图5B是基于表示翼面侧抵接部的其他结构例的图3的C－C线相当位置的局部截面说明图。
图5C是基于表示翼面侧抵接部的另外的其他结构例的图3的C－C线相当位置的局部截面说明图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明进行说明。
图1～图5A表示本发明的复合材料翼的一实施例，在该实施例中，以本发明的复合材料翼是作为构成涡轮风扇发动机的静翼的导叶的情况为例进行说明。
如图1所示，涡轮风扇发动机1利用具有多个风扇叶片3a的风扇3，将从前方(图示的左方)的空气流入口2流入的空气送入发动机内筒4内的压缩机5，向由该压缩机5压缩的空气喷射燃料而使其在燃烧室6内燃烧，利用由此产生的高温气体的膨胀使高压涡轮7及低压涡轮8绕轴心CL旋转。
在该涡轮风扇发动机1中，在覆盖风扇3的多个风扇叶片3a的导流罩9的内周面与发动机内筒4的外周面之间的旁路流路上，配置有作为多个静翼的导叶10，这些导叶10在发动机内筒4的周围等间隔地配置，对在旁路流路流动的旋转空气流进行整流。
如图2所示，该导叶10具有：由复合材料构成的复合材料翼主体11；覆盖复合材料翼主体11的前缘部(前缘及其附近)11A的金属外皮12。
复合材料翼主体11是通过将环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂等热固化性树脂或聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚等热塑性树脂、与碳纤维、芳族聚酰胺纤维、玻璃纤维等强化纤维而成的复合材料作为构成材料，例如沿翼厚方向层积、或者三维地编织而形成的。
另一方面，金属外皮12由钛合金制的壁厚0.2mm左右的薄板构成。
也如图3所示，在复合材料翼主体11的前缘部11A，形成有填充软质粘接剂13的粘接剂填充部11a，金属外皮12通过软质粘接剂13与复合材料翼主体11的前缘部11A接合。
在该情况下，也如图4A、图4B及图5A所示，在复合材料翼主体11的前缘部11A，前缘侧抵接部11b和作为翼面侧抵接部的多个突部11c与粘接剂填充部11a一体地形成，所述前缘侧抵接部11b与相当于金属外皮12的前缘的弯曲部12b抵接，作为翼面侧抵接部的多个突部11c与相当于金属外皮12的翼面的平面部12c抵接。
多个突部11c具有与在粘接剂填充部11a至少填充了需要量的软质粘接剂13的层的厚度(0.2mm左右)相同的高度，因此，前缘侧抵接部11b及多个突部11c起到对复合材料翼主体11的前缘部11A进行定位的作用。
前缘侧抵接部11b配置在翼宽方向(图3上下方向)的多处，在彼此邻接的前缘侧抵接部11b、11b之间，形成有构成粘接剂填充部11a的一部分的粘接剂存储部11d。夹着该粘接剂存储部11d而邻接的前缘侧抵接部11b、11b彼此的间隔被设定为50～100mm。
另一方面，作为翼面侧抵接部的多个突部11c形成为直径5mm左右的圆锥台形状，在翼宽方向的多处(在图3中仅表示两个部位)，在该实施例中，沿翼弦方向(图3中的斜横方向)直线状地三个一组地配置，多个突部11c的列彼此之间的翼宽方向上的间隔被设定为10～50mm。
在该导叶10中，设置多个前缘侧抵接部11b及多个突部11c而产生的与金属外皮12粘接的粘接面积的减少率被限定为粘接剂填充部11a的合计面积的5％以下。
在该实施例的导叶10中，在其制造工序中，在将金属外皮12经由软质粘接剂13与复合材料翼主体11的前缘部11A接合的情况下，在前缘部11A的粘接剂填充部11a至少填充需要的量的软质粘接剂13，并且在金属外皮12的接合面涂敷软质粘接剂13后，将金属外皮12嵌入复合材料翼主体11的前缘部11A并向多个前缘侧抵接部11b及多个突部11c按压。
此时，由于多个前缘侧抵接部11b与金属外皮12的弯曲部12b抵接，并且多个突部11c以在粘接剂填充部11a至少填充了需要的量的软质粘接剂13的层的厚度相同的高度与金属外皮12的平面部12c抵接，即，由于金属外皮12在定位的状态下与软质粘接剂13的层均匀地接触，所以能够高精度且简单地进行相对于前缘部11A的金属外皮12的安装。
利用因金属外皮12向复合材料翼主体11按压而挤出的软质粘接剂13，使复合材料翼主体11与高精度地安装的金属外皮12处于同一面地连续，从而确保翼截面形状。
在该实施例的导叶10中，将前缘侧抵接部11b配置在翼宽方向的多处，将邻接的前缘侧抵接部11b、11b之间形成为构成粘接剂填充部11a的一部分的粘接剂存储部11d，因此，利用复合材料翼主体11的前缘部11A牢固地接合金属外皮12的弯曲部12b。
另外，在该实施例的导叶10中，由于使粘接剂填充部11a、前缘侧抵接部11b及多个突部11c与复合材料翼主体11的前缘部11A一体地形成，所以不需要另行设置前缘侧抵接部11b及多个突部11c，谋求降低与该减少量对应的制造成本。
在上述实施例中，表示了翼面侧抵接部是形成为圆锥台形状的突部11c的情况，但是本发明不限于此，如图5B所示，翼面侧抵接部可以是形成为截面三角形状的突部11e，如图5C所示，翼面侧抵接部也可以是形成为截面台形形状的突部11f。
另外，在上述实施例中，构成为使形成为直径5mm左右的圆锥台形状的突部11c(翼面侧抵接部)在翼宽方向的多处沿翼弦方向以三个一组的方式直线状地排列配置，但是，本发明不限于此，作为其他结构，例如，可以横跨翼宽方向将多个突部11c配置成交错状(日文：千鳥状)。
而且，在上述实施例中，以本发明的复合材料翼是作为构成涡轮风扇发动机1的静翼的导叶10的情况为例进行了说明，但是，本发明不限于此，例如，除了将本发明应用于涡轮风扇发动机的风扇叶片以外，也能够应用在旋翼机的转子叶片、尾部旋翼叶片。
本发明的复合材料翼的结构不限定于上述实施例。
本发明的第一方式是一种复合材料翼，该复合材料翼具有：由热固化性树脂或热塑性树脂与强化纤维而成的复合材料构成的复合材料翼主体；经由软质粘接剂与所述复合材料翼主体的前缘部(前缘及其附近)接合而覆盖该前缘部的金属外皮，所述复合材料翼构成为，在所述复合材料翼主体的前缘部形成有：填充有所述软质粘接剂的粘接剂填充部；与相当于所述金属外皮的前缘的弯曲部抵接的前缘侧抵接部；多个翼面侧抵接部，其以在所述粘接剂填充部至少填充了需要量的软质粘接剂的层的厚度相同的高度与相当于所述金属外皮的翼面的平面部抵接。
在本发明的复合材料翼的制造工序中，在将金属外皮经由软质粘接剂与复合材料翼主体的前缘部接合的情况下，在前缘部的粘接剂填充部填充需要的量的软质粘接剂，并且在金属外皮的接合面涂敷软质粘接剂后，在将金属外皮向复合材料翼主体的前缘部嵌入而按压时，前缘侧抵接部与金属外皮的弯曲部抵接，并且多个翼面侧抵接部以在粘接剂填充部至少填充了需要量的软质粘接剂的层的厚度相同的高度与金属外皮的平面部抵接。也就是说，由于金属外皮在定位的状态下与软质粘接剂的层均匀地接触，所以能够高精度且简单地进行相对于前缘部的金属外皮的安装。
在本发明的第一方式中，能够起到如下非常优秀的效果：将因小石等异物撞到金属外皮时的损害抑制得很小，并且实现金属外皮的更换作业的容易化，除此以外，还能够高精度且容易地进行相对于前缘部的金属外皮的安装。
在本发明的第二方式中，所述前缘侧抵接部配置在翼宽方向的多处，邻接的所述前缘侧抵接部之间形成为构成所述粘接剂填充部的一部分的粘接剂存储部。
根据本发明的第二方式，利用复合材料翼主体的前缘部牢固地接合金属外皮的弯曲部。
在本发明的第三方式中，所述粘接剂填充部、所述前缘侧抵接部及所述翼面侧抵接部与所述复合材料翼主体的所述前缘部一体地形成。
根据本发明的第三方式，不需要另行设置前缘侧抵接部及翼面侧抵接部，能够谋求降低与该减少量对应的制造成本。
在本发明的复合材料翼中，在构成复合材料翼主体的热固化性树脂中，能够使用例如环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂，在同样构成复合材料翼主体的热塑性树脂中，能够使用例如聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚等热塑性树脂。在构成复合材料翼主体的强化纤维中，能够使用例如碳纤维、芳族聚酰胺纤维、玻璃纤维，复合材料翼主体将由这些材料构成的复合材料例如沿翼厚方向层积、或者三维地编织而形成。
另一方面，在与复合材料翼主体的前缘部接合的金属外皮中，能够使用钛合金。
另外，在本发明的复合材料翼中，作为软质粘接剂，在例如软质的聚氯乙烯类粘接剂、聚对苯二甲酸乙二醇酯粘接剂等热膨胀率不同的材质之间，能够使用具有粘接力没有降低的性质的粘接剂，也能够采用聚氨酯、有机硅等的具有橡胶的性质的所谓的弹性粘接剂。
而且，在本发明的复合材料翼中，作为与相当于金属外皮的翼面的平面部抵接的翼面侧抵接部，能够采用形成为直径5mm左右的半球形状的突部、形成为与其相同程度的大小的截面三角形状的突部、形成为圆锥台形状的突部，但是也不限定于任一种。
在此，在前缘侧抵接部配置在翼宽方向的多处的情况下，隔着粘接剂存储部而邻接的前缘侧抵接部彼此之间的间隔被设为50～100mm。
另一方面，在多个翼面侧抵接部是例如形成为半球形状的突部的情况下，能够在翼宽方向的多处，将突部沿翼弦方向直线状地多个一组地排列配置，或者，将多个突部横跨翼宽方向配置成交错状，在翼宽方向的多处将突部沿翼弦方向多个一组地排列配置的情况下，优选将突部的列彼此之间的翼宽方向上的间隔设为10～50mm。
在本发明的复合材料翼中，因设置前缘侧抵接部及多个翼面侧抵接部而产生的与金属外皮粘接的粘接面积的减少率优选被限定为粘接剂填充部的合计面积的5％以下。
附图标记说明
10 导叶(复合材料翼)
11 复合材料翼主体
11A 前缘部
11a 粘接剂填充部
11b 前缘侧抵接部
11c，11e，11f 突部(翼面侧抵接部)
11d 粘接剂存储部(粘接剂填充部)
12 金属外皮
12b 弯曲部
12c 平面部
13 软质粘接剂

Claims (2)

1.一种复合材料翼，其具有：
由热固化性树脂或热塑性树脂与强化纤维而成的复合材料构成的复合材料翼主体；
经由软质粘接剂与所述复合材料翼主体的前缘部接合而覆盖该前缘部的金属外皮；
所述复合材料翼的特征在于，
在所述复合材料翼主体的前缘部一体地形成有：填充有所述软质粘接剂的粘接剂填充部；与相当于所述金属外皮的前缘的弯曲部抵接的前缘侧抵接部；多个翼面侧抵接部，其以与在所述粘接剂填充部至少填充了需要量的软质粘接剂的层的厚度相同的高度与相当于所述金属外皮的翼面的平面部抵接。
2.如权利要求1所述的复合材料翼，其特征在于，
所述前缘侧抵接部配置在翼宽方向的多处，邻接的所述前缘侧抵接部之间形成为构成所述粘接剂填充部的一部分的粘接剂存储部。
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