CN108087318A - 一种混合结构复合材料叶片 - Google Patents

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赵雷
范顺昌
李晓冲
郝勇
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/02—Selection of particular materials
    • F04D29/023—Selection of particular materials especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

本发明提供一种混合结构复合材料叶片，包括钛合金基体(1)、复合材料填充物(2)、蒙皮，其中叶片从榫头底部至叶尖均由钛合金基体(1)构成并在其上开设田字形框架结构，在该基体叶盆叶背两侧覆以复合材料填充物(2)构成叶片叶身，并在叶身的外表面覆盖蒙皮形成叶片型面。其中，钛合金基体(1)由一体化的榫头、伸根、前后缘以及叶尖构成以形成整个叶片的支撑结构，在该叶片叶身中央4个区域穿透椭圆形孔且型面下沉以形成田字形框架；复合材料填充物(2)为热塑性，成型方式为铺层结构并增加第三维度纤维缝合增强。本发明所提供的混合结构复合材料叶片，以钛合金为框架基体，复合材料型面混合而成的结构体，可实现可控的减重效果。

Description

一种混合结构复合材料叶片
技术领域
本发明属于航空发动机设计领域，特别涉及发动机叶片领域，具体涉及一种混合结构复合材料叶片。
背景技术
随着发动机涵道比不断加大，叶片的尺寸也不断加大，重量也随之增长。叶片的减重有利于加大流道面积，降低轮盘负荷，增大发动机的推比。常见的叶片减重方案有采用空心结构和换用轻质材料，如铝合金、复合材料。
国内现有叶片尤其是大涵道比风扇叶片都是钛合金实心结构。叶片尺寸越大，重量增长越明显，已经成为继续提高涵道比的技术瓶颈。复合材料叶片或空心叶片有一定的发展，但成熟度仍不高，没有到工程实用阶段。空心叶片价格高，复合材料叶片从材料体系、叶片制造的强度方面都不成熟。减重率从实心叶片跨越式提升到空心或复材的水平，难度较大。国外现有复材风扇叶片为环氧树脂体系的热固性复合材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混合结构复合材料叶片，克服或减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
本发明的目的通过如下技术方案实现：一种混合结构复合材料叶片，包括钛合金基体、复合材料填充物、蒙皮，其中叶片从榫头底部至叶尖均由钛合金基体构成并在其上开设田字形框架结构，在该基体叶盆叶背两侧覆以复合材料填充物构成叶片叶身，并在叶身的外表面覆盖蒙皮形成叶片型面。
优选地是，所述钛合金基体由一体化的榫头、伸根、前后缘以及叶尖构成以形成整个叶片的支撑结构，其中在该叶片叶身中央4个区域穿透椭圆形孔且型面下沉以形成钛合金基体上的田字形框架。
优选地是，所述钛合金基体中的椭圆形孔及下沉区域覆以所述复合材料填充物。
优选地是，所述复合材料填充物为热塑性。
优选地是，所述复合材料填充物的成型方式为铺层结构并增加第三维度纤维缝合增强，叶盆叶背两侧的复合材料填充物一体化构造，并与所述钛合金基体形成一体。
本发明所提供的一种混合结构复合材料叶片的有益效果在于，以钛合金为框架基体，复合材料型面混合而成的结构体，可实现可控的减重效果。
附图说明
图1为本发明混合结构复合材料叶片的结构示意图。
附图标记：
1-钛合金基体、2-复合材料填充物。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明的混合结构复合材料叶片做进一步详细说明。
如图1所示，一种混合结构复合材料叶片，包括钛合金基体1、复合材料填充物2、蒙皮，其中叶片从榫头底部至叶尖均由钛合金基体1构成，并在其上开设田字形框架结构，在该基体叶盆叶背两侧覆以复合材料填充物2构成叶片叶身，并在叶身的外表面覆盖蒙皮形成叶片型面。
下面简述本实施例的混合结构复合材料叶片的结构特征及成型方式。
钛合金基体1由一体化的榫头、伸根、前后缘以及叶尖构成，以形成整个风扇叶片的支撑结构，其中在该叶片叶身中央4个区域穿透椭圆形孔且型面下沉以形成钛合金基体1上的田字形框架。该钛合金基体1保证了叶片抗冲击性，避免了其他复材叶片前后缘采用金属包边的二次粘接的问题。该钛合金基体1通过复杂曲面薄壁骨芯结构精密制造工艺，定量并定向控制多轴加工残余应力变形，保证钛合金基体1的型面结构。在钛合金基体1中的椭圆形孔及下沉区域覆以复合材料填充物2铺层，以形成完整的叶片叶身，同时构建出所需的叶片型面轮廓，该复合材料填充物2选用热塑性材质，并且其成型方式选择为铺层结构加第三维度纤维缝合增强，同时叶盆叶背两侧的复合材料填充物2采取一体化构造，并通过钛合金基体1和复合材料填充物2整体成型制造工艺，形成风扇叶片，再覆盖复合材料蒙皮构成最终所需风扇叶片。采用热塑性复合材料填充物2代替传统的环氧树脂体系复合材料，并通过与钛合金基体1整体成型工艺构造叶片，使抗冲击性大大提高，并且热塑性复合材料有利于工艺制造过程的缺陷控制。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种混合结构复合材料叶片，其特征在于，包括钛合金基体(1)、复合材料填充物(2)、蒙皮，其中叶片从榫头底部至叶尖均由钛合金基体(1)构成并在其上开设田字形框架结构，在该基体叶盆叶背两侧覆以复合材料填充物(2)构成叶片叶身，并在叶身的外表面覆盖蒙皮形成叶片型面。
2.根据权利要求1所述的混合结构复合材料叶片，其特征在于，所述钛合金基体(1)由一体化的榫头、伸根、前后缘以及叶尖构成以形成整个叶片的支撑结构，其中在该叶片叶身中央4个区域穿透椭圆形孔且型面下沉以形成钛合金基体(1)上的田字形框架。
3.根据权利要求2所述的混合结构复合材料叶片，其特征在于，所述钛合金基体(1)中的椭圆形孔及下沉区域覆以所述复合材料填充物(2)。
4.根据权利要求3所述的混合结构复合材料叶片，其特征在于，所述复合材料填充物(2)为热塑性。
5.根据权利要求4所述的混合结构复合材料叶片，其特征在于，所述复合材料填充物(2)的成型方式为铺层结构并增加第三维度纤维缝合增强，叶盆叶背两侧的复合材料填充物(2)一体化构造，并与所述钛合金基体(1)形成一体。
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