CN106945302A - 纤维增强复合风扇叶片及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供纤维增强复合风扇叶片及其制造方法，其中的纤维增强复合风扇叶片的制造方法在模具表面以树脂为基体沿风扇叶片的叶身的曲面铺设纤维束层，获得叶片预制件，对所述叶片预制件在厚度方向进行缝纫，然后再对缝纫后的叶片预制件进行固化。

Description

纤维增强复合风扇叶片及其制造方法

技术领域

本发明涉及航空发动机风扇叶片及其制造方法。

背景技术

用于飞行器的喷气式发动机具有风扇叶片，旋转的风扇叶片将空气压入发动机。但高速旋转的风扇叶片承受着很高的机械应力，因此必须严格的控制风扇叶片的重量，其中一个办法就是采用纤维增强的复合材料来制造风扇叶片。对于碳纤维增强的复合材料叶片，一般情况下都是由一堆预先浸渍过的单向纤维层构成的。按照不同的方向将这些纤维层堆叠在一个压力腔内压紧并聚合，就形成了一般意义上的铺层模压复合材料叶片。

这种技术对于结构简单的部件使用起来比较方便，比如机翼、蒙皮等结构。但对于风扇叶片却比较困难。这是因为风扇叶片结构复杂，风扇叶片叶身的厚度、宽度沿着叶高在不断变化，同时还在不断扭转。这导致按照目前使用浸渍过的单向纤维带来制造叶片，必须增加相应的设计和工艺成本，如剪口和补料等，以使得单向带可以很好的贴合叶身曲面，并且避免褶皱等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纤维增强复合风扇叶片的制造方法。

本发明的另一目的在于提供一种根据前述制造方法获得风扇叶片。

一种纤维增强复合风扇叶片的制造方法，其在模具表面以树脂为基体沿风扇叶片的叶身的曲面铺设纤维束层，获得叶片预制件，对所述叶片预制件在厚度方向进行缝纫，然后再对缝纫后的叶片预制件进行固化。

在优选的实施例中，所述的制造方法包括：

步骤a，在模具表面铺设胶层；

步骤b，在胶层上铺设纤维束层；以及

步骤c，重复步骤a、b，获得所述叶片预制件。

在优选的实施例中，所述的制造方法包括：

步骤a，利用液态树脂对纤维束进行浸润；

步骤b，将浸润过的纤维束铺设到模具表面；

步骤c，重复步骤a、b，获得所述叶片预制件。

在优选的实施例中，不同纤维束层的纤维束的延伸方向相同或不同。

在优选的实施例中，在风扇叶片的不同区域纤维束具有不同的宽度。

在优选的实施例中，所述胶层为胶膜或者由液体胶涂刷而成。

在优选的实施例中，对叶片预制件进行预固化后再进行缝纫。

在优选的实施例中，在同一胶层上，铺设时施加在纤维束上的压力被控制，以使纤维束在厚度方向上堆叠。

一种纤维增强复合风扇叶片由所述的制造方法获得。

根据本发明可以更好的沿着风扇叶片叶身的曲面来铺设纤维束，并且可以根据需要在保证纤维连续性的前提下随时改变纤维的铺设方向，更好的发挥纤维的增强性能，同时还可以有效的减少剪口的设置，降低设计成本；另外，应用铺设的纤维束层间缝纫性能优良，可以很方便的进行层间缝纫，从而提高层间性能。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为本发明一实施例中风扇叶片的主视图；

图2为沿图1中I-I截面的局部剖面放大图；

图3为不同厚度层的截面图；

图4为本发明另一实施例中风扇叶片的预制件的主视图；

图5为图4所示的风扇叶片的预制件经缝纫后的主视图；

图6为本发明的一实施例中制造方法的流程图；

图7为本发明的另一实施例中制造方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

如图1所示，风扇叶片提供空气动力面3，空气动力面3沿前缘7和后缘9之间的弦向5延伸，并沿叶根13和叶尖15之间的、与弦向5相互垂直的展向11延伸。图2为所示部分叶片的剖面，其还沿一个切向17延伸，该方向垂直于压力侧19与吸力侧21之间的弦向5与展向11。叶片的压力侧19与吸力侧21构成了叶片的空气动力面3，将叶片的前缘7和后缘9相互连接在一起。在本发明的实施例中叶片通过纤维增强树脂基复合材料铺设而成。

如图3所示，叶片中的增强纤维含有多种分布方向。在图3中,若以展向11为参考方向,则区域2处纤维的角度为a，区域4处纤维的角度为b，区域6处的角度为c，区域8处为的角度为d,其中区域2、4、6和8位置在切向17的不同位置，即它们为不同的层。在本发明的一实施例中，角度a、b、c、d分别为0°、90°、45°和-45°。但在其他实施例中，a、b、c、d可以根据设计者的需要设计为任何角度，甚至可以根据需要增加具有不同的角度的层，如角度e、f、g等。在图3所示的实施例中，同一层内纤维的角度是相同的。

在如图4所示的实施例中，叶片中纤维以另外一种分布方式，其中同一层内的纤维角度可以是变化的。在图4中，若仍以展向11为参考方向，则区域10所示的左半部分中纤维的角度是0°，但在区域12所示的右半部中纤维的角度随着纤维沿展向的延伸是变化的。在图4所示的实施例中，根据设计者的需要，任何一层中的纤维角度都可以全部或部分的进行调整。

根据本发明的风扇叶片，由于通过纤维束而不是纤维带来铺设而成，可以很好的将纤维束沿着风扇叶片叶身的曲面进行铺设，贴合性更好，提高风扇叶片质量，同时还可以减少剪口的位置，更好的发挥纤维增强树脂基复合材料风扇叶片的优良性能。另外，将纤维束铺设完毕后，还可以进行层间缝纫，从而增强层间性能。其中的纤维束可以是碳纤维，又众多的纤维组成。

根据本发明的纤维增强复合风扇叶片的制造方法，其首先是在模具表面以树脂为基体沿风扇叶片的叶身的曲面铺设纤维束层，获得叶片预制件。获得的叶片预制件可以按照图3或图4所示的或者其他铺设方向的获得。

在本发明的一实施例中，如图6所示，对模具加工，形成模腔，模腔形状与风扇叶片的叶形一致，然后，首先是在模具型腔的表面铺设胶层，胶层是具有粘性的一层流体，用来固定纤维束或纤维，其可以是胶膜或者由液体胶涂刷而成，在铺设胶层之前也可以涂刷脱模剂等。然后，在胶层上铺设纤维束层，纤维束的宽度可以在一定范围内变化，比如在一些位置使用宽度为6K的纤维束，而在另外一些位置则使用宽度为12K的纤维束。重复前述步骤获得叶片预制件，如图3所示，在不同层的纤维束的延伸方向可以不同，如图4所示，在同一层的不同区域纤维束的延伸方向也可以不同。

在本发明的另一实施例中，如图7所示，对模具加工，形成模腔，模腔形状与风扇叶片的叶形一致，然后，利用液态树脂对纤维束进行浸润。然后，将浸润过的纤维束利用纤维束铺设到模具的模腔表面。同样地，纤维束的宽度可以在一定范围内变化，比如在一些位置使用宽度为6K的纤维束，而在另外一些位置则使用宽度为12K的纤维束。重复前述步骤获得叶片预制件，如图3所示，在不同层的纤维束的延伸方向可以不同，如图4所示，在同一层的不同区域纤维束的延伸方向也可以不同。

在本发明的实施例中，如果叶片的厚度是有变化的，在同一胶层上，铺设时施加在纤维束上的压力被控制，以使纤维束在厚度方向上堆叠，以达到厚度渐变的效果。

获得预制件后，对叶片预制件在厚度方向进行缝纫，然后再对缝纫后的叶片预制件进行固化。如图5所示，缝纫位置14沿弦向5延伸。在缝纫之前，可以使叶片预制件预固化，但不固化成型，其预固化方式可以是对模腔内的预制件施加大气压的压力，或者是对预制件施加一定的温度。对叶片预制件的缝纫可以是在与铺设纤维束的模具上完成。缝纫方式有多种，可根据设计师的具体设计需要开展。缝纫之后再进行固化，可以有效的提高叶片的层间剪切性能。缝纫线可以但不限于是碳纤维、玻璃纤维。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (9)

1.纤维增强复合风扇叶片的制造方法，其特征在于，在模具表面以树脂为基体沿风扇叶片的叶身的曲面铺设纤维束层，获得叶片预制件，对所述叶片预制件在厚度方向进行缝纫，然后再对缝纫后的叶片预制件进行固化。

2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，包括：

步骤a，在模具表面铺设胶层；

步骤b，在胶层上铺设纤维束层；以及

步骤c，重复步骤a、b，获得所述叶片预制件。

3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，包括：

步骤a，利用液态树脂对纤维束进行浸润；

步骤b，将浸润过的纤维束铺设到模具表面；

步骤c，重复步骤a、b，获得所述叶片预制件。

4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，不同纤维束层的纤维束的延伸方向相同或不同。

5.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在风扇叶片的不同区域纤维束具有不同的宽度。

6.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述胶层为胶膜或者由液体胶涂刷而成。

7.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，对叶片预制件进行预固化后再进行缝纫。

8.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，在同一胶层上，铺设时施加在纤维束上的压力被控制，以使纤维束在厚度方向上堆叠。

9.一种纤维增强复合风扇叶片，其特征在于，由权利要求1至8所述的制造方法获得。