CN107532607B - 包括由另一种材料制成的前边缘加强件的复合叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由复合材料制成的叶片，该叶片被设置有相对于可能被固体物体撞击的前边缘(5)由更强的材料制成的加强件(17)，该加强件在叶片的空气动力学部分下面包括附接到叶片根部的延伸部(18、19)。根据本发明，所述延伸部(18、19)是不对称的，位于吸力侧上的延伸部(18)通常比在压力侧上的延伸部(19)更靠后地远离前边缘(5)。

Description

包括由另一种材料制成的前边缘加强件的复合叶片
技术领域
本发明涉及一种复合叶片，该复合叶片除了由第一材料制成的结构部分之外还包括由另一种材料制成的前边缘加强件。
背景技术
可能特别提出这样一种结构，该结构用于在飞行器发动机入口处的风扇或用于遭受固体异物的进射的其他的叶片环(该固体异物的进射由于撞击而容易使叶片环受到损坏)。遭受这些撞击的前边缘由加强件形成，该加强件由比结构部分更耐冲击的材料制成。因此，结构部分可以由包括聚合物的复合材料来形成，而前边缘加强件由钛形成。文献EP2611 143 A1、EP 2 378 079 A2、GB 2 482 247 A和EP 2 634 368 A2公开了配备有这种加强件的叶片。
两个部分之间的连接部特别是由于操作振动而受到显著的应力，因此通过设计本发明来寻求减小该应力。
发明内容
本创新更具体地涉及加强件的延伸部，该延伸部在压力面和吸力面上(沿从所述前边缘延伸的方向)延伸超过前边缘、覆盖叶片根部，该叶片根部是被插入到支承叶片环的圆盘固定件中以便将叶片保持就位的、不具有空气动力学作用的部件。更具体地观察到，延伸部的不对称性对于减小施加在所述连接部上的应力是有利的。不对称性更具体地涉及延伸部的靠近前边缘的前部部分，该前部部分遭受应力集中。根据本发明，吸力面的延伸部的前部边缘(沿从叶片根部延伸的方向)比压力面的延伸部的前部边缘更远离前边缘。
如果延伸部由接近前边缘的前部边缘、与前边缘相距一定距离的后部边缘和连接这两个边缘的圆形部分限制，则可以获得不同的距离，致使由压力面的前部边缘与前边缘形成的角度小于由吸力面的前部边缘与前边缘形成的对应的角度。
附图说明
现在将参照以下附图来描述本发明的这些方面、特征和优点以及其他方面：
-图1、图2、图3、图4、图5和图6表示具有前边缘加强件的已知的复合叶片设计；以及
-图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15、图16和图17为本发明的两个仅是说明性的实施例。
具体实施方式
在本说明的下文中，术语例如“顶”和“底”、“下方”和“上方”、“下”和“上”或者“向上”和“向下”参照叶片取向进行理解，在该叶片取向中，假设根部在空气动力学部分的下方，并且本发明所涉及的前边缘加强件的延伸部在加强件的其余部分的下方；这些术语也符合有关图中叶片的取向。此外，术语“前部”和“后部”相对于涡轮发动机中的常规气体流动方向进行理解。在一些图中绘制的轴线XX、YY和ZZ也被引入以帮助理解和描述，其中XX沿着根部2绘制、ZZ从根部2到叶片1的顶点绘制，且YY横向于且垂直于上述XX和ZZ绘制。
图1、图2、图3和图4分别表示在后边缘、前边缘、吸力侧和压力侧处的已知设计的复合叶片；图5和图6分别是图3和图4的组合了前边缘的加强件和叶片根部的放大图。
叶片通常包括具有弯曲且不规则形状的叶片1和在叶片1底部的根部2，该叶片1沿着轴线ZZ纵向地延伸、负责叶片的空气动力学性能，并且根部2朝向叶片的底部变宽并且沿着基本上垂直于轴线ZZ的轴线XX纵向地延伸，以便适于被插入到具有盘的互补横截面并使叶片保持在其中的固定件。叶片1由与相对的前边缘5和后边缘6相连接的吸力侧3和压力侧4来限制。叶片包括形成叶片1和根部2的最大部分的结构部分以及包括位于前边缘5处的并且比结构部分更具抗性的加强件7。如在图5和图6中更加清楚地看到的，该加强件7包括局部地覆盖结构部分的吸力侧3的吸力面8和局部地覆盖结构部分的压力侧4的压力面9。面8和9在前部连接以形成前边缘5。面8和9各自包括延伸部10，该延伸部在前边缘5的下端部的下方延伸并因此与根部2重叠、覆盖根部的一部分表面。面8和9的在叶片1和根部2的连接处的边缘11形成前边缘5的下端部。从边缘11开始并且与前边缘5相反，延伸部10包括倾斜的前部边缘12、圆形部分13和倾斜的后部边缘14，倾斜的前部边缘12具有沿向下方向ZZ朝向根部2的底部的斜面，倾斜的后部边缘14具有沿方向ZZ朝向根部2的顶部逐渐升起的斜面。延伸部10在这种已知的设计中是相同的，除了可选地最远离前边缘5的后部外，其中，后部边缘14到吸力面8和压力面9的各自的后部边缘15和16可以具有不同的长度，因为吸力面8和压力面9沿方向X-X可以具有不同的宽度：吸力面8的后部边缘15因此可以比压力面9的后部边缘16更接近前边缘5。
图7至14表示了本发明。图7、图8、图9、图10和图11分别对应于图2、图3、图4、图5和图6，图12、图13和图14分别表示在吸力侧处的前边缘加强件、在前边缘处倾斜的前边缘加强件、在压力侧处的前边缘加强件。
前边缘加强件现在具有附图标记17。它与之前的前边缘加强件7的不同之处在于覆盖根部2的延伸部，该延伸部对于吸力面8和压力面9现在分别通过18和19来表示。
延伸部18和19在此是非对称的。该具体的特征使得能够减小施加到加强件17与形成叶片的其余部分的结构部分的连接部的机械应力。实际上，应力集中可能出现在加强件17的底部并且接近作为叶片的结构不规则区域的前边缘5。更进一步地，应力在吸力侧3和压力侧4之间是非常不同的。因此，使延伸部18和19的设计自由度涉及延伸部的不对称性是有必要的。一个重要的考虑是，吸力侧3上的延伸部18将通过被定位成比压力侧4上的延伸部19沿方向XX更远离前边缘5而扩展。这通过将吸力侧8上的延伸部18的前部边缘20移动成比压力侧9上的延伸部19的前部边缘21更远离前边缘5来获得；在本文实际提出的实施例中，通过使压力面9的延伸部19的前部边缘21比吸力面8的延伸部18的前部边缘20与前边缘5的轮廓(在前边缘的下部分处，在图12和14中基本上垂直地表示)更平行来获得；前边缘5与前部边缘21和20之间的相应的角度(图14中的角度A和图12中的角度B，其中因此A＜B)可以分别例如小于30°、优选地在5°到25°之间、和在30°到60°之间、以及优选地在35°到50°之间。相反，后部边缘24和25与吸力面8和压力面9的与前边缘5相距一段距离的边缘15和16可以分别形成小于30°的角度C和在30°到60°之间的角度D，或者更通常地D＞C。前部边缘20、21和后部边缘24、25由圆形部分22和23连接，圆形部分22和23用于实现令人满意的产品并且在连接角处不产生应力集中。
由于压力面9沿方向XX的较大的宽度，该侧的延伸部19可以比延伸部18更宽(也沿XX方向)、在前边缘5的下方具有更大的深度(沿ZZ方向)、并且还具有更大的表面面积。
本发明可以用许多方法实现。通过有限元计算设想的任何实施例都可以被验证。
图15、图16和图17示出了前边缘加强件的不同的但同样令人满意的实施例，图15、图16和图17分别具有与图12、图13和图14相同的表达术语；对应的部分具有增加了“100”的对应的附图标记：如此，表征了前边缘105、压力面108和吸力面109以及延伸部分118和119。在此，A＝20°且B＝45°，而在前述实施例中A等于9°，B等于40°。相对于对称的常规加强件，在该加强件的前边缘处观察到的静应力减小了30％，并且在结构部分中的应力减少了5％。

Claims (9)

1.复合叶片，所述复合叶片包括由一种材料制成的结构部分和由另一种材料制成的前边缘加强件(17)，所述加强件包括压力面(9)和吸力面(8)，所述压力面和所述吸力面在所述前边缘(5)处连接并且包括各自的延伸部(19、18)，所述延伸部沿从叶片根部(2)到所述叶片的顶点的方向(ZZ)延伸超过所述前边缘并且部分地覆盖属于所述结构部分的所述叶片根部(2)，其特征在于，所述延伸部由接近所述前边缘的前部边缘(20、21)和与所述前边缘相距一段距离的后部边缘(24、25)限制，所述压力面(9)的所述前部边缘(21)与所述前边缘(5)形成的角度(A)小于由所述吸力面(8)的所述前部边缘(20)与所述前边缘形成的角度(B)。
2.根据权利要求1所述的复合叶片，其特征在于，所述压力面(9)的所述前部边缘(21)与所述前边缘(5)形成不超过30°的角度(A)，并且所述吸力面(8)的所述前部边缘(20)与所述前边缘形成在30°到60°之间的角度(B)。
3.根据权利要求1或2所述的复合叶片，其特征在于，所述压力面(9)的所述后部边缘(25)与所述压力面(9)的与所述前边缘(5)相距一段距离的边缘(16)形成的角度(D)大于由所述吸力面(8)的所述后部边缘(24)与所述吸力面(8)的与所述前边缘(5)相距一段距离的边缘(15)形成的角度(C)。
4.根据权利要求3所述的复合叶片，其特征在于，所述压力面的所述后部边缘与所述压力面(9)的与所述前边缘(5)相距一段距离的边缘(16)形成在30°到60°之间的角度(D)，并且所述吸力面的所述后部边缘与所述吸力面(8)的与所述前边缘(5)相距一段距离的边缘(15)形成不超过30°的角度(C)。
5.根据权利要求1或2所述的复合叶片，其特征在于，所述延伸部的所述前部边缘和所述后部边缘通过圆形部分(22、23)连接。
6.根据权利要求1或2所述的复合叶片，其特征在于，所述压力面(9)沿从所述叶片的所述前边缘(5)到后边缘(6)的延伸方向(XX)宽于所述吸力面(8)。
7.根据权利要求1或2所述的复合叶片，其特征在于，所述压力面(9)的所述延伸部(19)在所述前边缘(5)的下方沿从所述叶片根部(2)到所述叶片的顶点的方向(ZZ)具有比所述吸力面(8)的所述延伸部(18)更大的深度。
8.根据权利要求1或2所述的复合叶片，其特征在于，所述结构部分的材料是复合材料，并且所述前边缘加强件的材料是钛。
9.根据权利要求1或2所述的复合叶片，其特征在于，所述复合叶片是在飞行器发动机入口处的风扇叶片。
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