CN110001929B - 具有整体附接机构的复合风扇叶片 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及具有整体附接机构的复合风扇叶片，并且该风扇叶片包括叶片主体和流体通道，该叶片主体在纵向方向上从叶片根部跨越到叶片尖端，并且该流体通道形成在叶片主体内并且从叶片根部延伸到叶片尖端。叶片主体在横向方向上从前缘跨越到后缘。流体通道允许流体流出叶片。

Description

具有整体附接机构的复合风扇叶片
技术领域
本公开涉及用于风扇和/或螺旋桨的叶片，并且具体地涉及用于创建具有整体附接机构的轻质、高完整性和安全性增强的风扇叶片的方法。
背景技术
风扇和/或螺旋桨的从轮毂径向延伸的附件有时被称为叶片。叶片执行风扇和/或螺旋桨的大部分工作。风扇和/或螺旋桨叶片将来自马达或发动机的机械驱动动力转换成推力，诸如推动船通过流体(例如，诸如水、空气等)和/或推动流体本身，诸如用于冷却目的和/或其他操作目的。传统上，叶片连接到轮毂，轮毂驱动或轮毂本身被驱动以提供叶片的运动。
发明内容
本公开涉及用于风扇和/或螺旋桨的叶片，并且具体地涉及用于创建具有整体附接机构的轻质、高完整性和安全性增强的风扇叶片的方法。
根据第一方面，一种风扇叶片包括：叶片主体和流体通道，该叶片主体在纵向方向上从叶片根部跨越到叶片尖端，并且在横向方向上从前缘跨越到后缘；以及该流体通道被形成在叶片主体内以允许流体流出叶片主体，其中流体通道从叶片根部延伸到叶片尖端。
在某些方面，风扇叶片进一步包括推进流体通过流体通道的戽斗形进气口(scoop)。
在某些方面，叶片尖端包括孔，并且其中风扇叶片配置为导向流体从流体通道通过孔。
在某些方面，叶片主体包括上部和下部，并且其中使用结构粘结剂将上部粘合到下部。
在某些方面，流体通道延伸通过结构粘结剂。
在某些方面，结构粘结剂从前缘延伸到后缘以用作结构构件。
在某些方面，叶片主体包括上部和下部，并且其中上部经由导电粘合材料电连接到下部以提供用于静电耗散到电接地的电通路。
在某些方面，导电粘合材料是导电银环氧树脂。
在某些方面，风扇叶片进一步包括流体引导件，该流体引导件配置为引导流体通过流体通道。
根据第二方面，一种风扇包括：轴承组件；附接到轴承组件的轴环；以及附接到轴环的风扇叶片，其中风扇叶片包括叶片主体，该叶片主体具有延伸通过其中的翼梁，并且其中翼梁用固定剂物质粘合到轴环。
在某些方面，轴环包括限定孔径的锥形颈部，其中锥形翼梁定位在孔径内并粘合到颈部。
在某些方面，轮毂被配置为围绕轴线旋转。
在某些方面，轴环包括轴承。
在某些方面，轴环包括枢轴承，该枢轴承被配置为绕着翼梁轴线枢转。
在某些方面，风扇叶片主体在纵向方向上从根部跨越到尖端，其中翼梁从根部延伸通过主体到达比尖端短的终止点。
在某些方面，叶片主体包括上部和下部，并且其中上部经由导电粘合材料电连接到下部以提供用于静电耗散到电接地的电通路。
在某些方面，导电粘合材料邻近翼梁的终止点定位。
在某些方面，导电粘合材料是导电银环氧树脂。
在某些方面，风扇叶片主体在纵向方向上从根部跨越到尖端，并且其中风扇叶片主体包括从根部延伸到尖端的流体通道，其中流体通道允许流体流出叶片主体。
在某些方面，风扇叶片进一步包括推进流体通过流体通道的戽斗形进气口。
在某些方面，尖端包括孔，并且其中风扇叶片被配置为导向流体从流体通道通过孔。
根据第三方面，一种风扇叶片包括：上部，其从叶片根部跨越到叶片尖端，其中上部限定第一外表面和第一内表面，其中第一内表面包括第一槽；下部，其从叶片根部跨越到叶片尖端，其中下部限定第二外表面和第二内表面，其中第二内表面包括第二槽，其中上部和下部合并以限定具有前缘和后缘的叶片主体，并且其中第一槽和第二槽对准以在叶片主体中限定空腔；翼梁，其从叶片根部朝向叶片尖端在上部和下部之间延伸并且在叶片尖端之前的终止点处终止，其中翼梁定位成与前缘和后缘大致等距，并且其中翼梁被涂覆粘合材料以将上部粘合到下部；以及粘合剂支撑件，其定位在上部和下部之间并被配置为将上部至少部分地粘合到下部。
在某些方面，风扇叶片进一步包括具有上边缘和下边缘的翼肋，其中粘合材料放置在上边缘和下边缘上，并且其中翼肋定位在上部和下部之间，从而使得通过翼肋将上部和下部至少部分地粘合在一起。
在某些方面，翼肋定位在根部处。
在某些方面，翼肋定位在由对准的第一槽和第二槽的部分限定的槽中。
在某些方面，翼梁的翼肋定位在由第一槽和第二槽限定的空腔中。
在某些方面，粘结剂支撑件沿着翼尖从前缘进一步延伸到后缘。
在某些方面，粘结剂支撑件包括孔。
在某些方面，孔与第一槽或第二槽的部分对准，由此创建用于流体流动的通道以便为捕集的空气提供离开风扇叶片或叶片主体的路径。
在某些方面，粘合剂支撑件包括多个孔，其中每个孔与第一槽或第二槽的部分对准。
在某些方面，通道从翼根延伸到翼尖。
在某些方面，叶片主体进一步包括戽斗形进气口以汇集空气通过通道。
在某些方面，粘结剂支撑件包括粘结剂和增稠剂的混合物。
在某些方面，增稠剂包括玻璃微球。
在某些方面，风扇叶片进一步包括电连接上部和下部以提供用于静电耗散的电通路的导电连接器。
在某些方面，导电连接器包括导电环氧树脂。
在某些方面，第一外表面和第二外表面以及第一内表面和第二内表面都是导电的。
在某些方面，第一内表面和第二内表面包括复合材料。
在某些方面，复合材料由碳纤维、对位芳纶合成纤维和玻璃纤维中的一种或多种构成。
在某些方面，导电连接器定位在翼梁和结构粘结剂之间。
根据第四方面，一种增强具有叶片主体的风扇叶片的完整性的方法包括以下步骤：提供叶片主体的第一部分；提供叶片主体的第二部分；在第一部分和第二部分之间提供翼梁，其中翼梁涂覆有粘合材料；以及通过位于第一部分和第二部分之间的翼梁将第一部分粘合到第二部分，其中粘合材料将第一部分粘合到第二部分以限定叶片主体。
在某些方面，该方法进一步包括在第一部分和第二部分之间提供粘结剂支撑件的步骤，其中粘结剂支撑件将第一部分粘合到第二部分。
在某些方面，该方法进一步包括在第一部分和第二部分之间提供导电粘合材料的步骤，其中导电粘合材料将第一部分粘合到第二部分并且提供用于静电耗散的电通路。
在某些方面，该方法进一步包括在第一部分和第二部分之间形成流体通道以允许流体流出叶片主体的步骤。
在某些方面，该方法进一步包括提供流体引导件以引导流体通过流体通道的步骤。
本发明的一个实施例涉及一种风扇叶片，该风扇叶片可以包括叶片主体和流体通道，该叶片主体在纵向方向上从叶片根部跨越到叶片尖端，并在横向方向上从前缘跨越到后缘；该流体通道被形成在叶片主体内以允许流体流出叶片主体，其中流体通道从叶片根部延伸到叶片尖端。风扇叶片可以包括用于推进流体通过流体通道的戽斗形进气口。叶片尖端可以包括孔，并且风扇叶片可以被配置为导向流体从流体通道通过孔。叶片主体可以包括上部和下部，并且其中可以使用结构粘结剂将上部粘合到下部。流体通道可以延伸通过结构粘结剂。风扇叶片，其中叶片主体可以包括上部和下部，并且其中上部可以经由导电粘合材料电连接到下部以提供用于静电耗散的电通路。风扇叶片进一步可以包括引导流体通过流体通道的流体引导件。这将提高可靠性。
另一个实施例涉及一种用于飞行器的风扇，该风扇可以包括轴承组件；附接到轴承组件的轴环；附接到轴环的风扇叶片，其中风扇叶片可以包括叶片主体，叶片主体具有通过其延伸的翼梁，并且其中翼梁可以用固定剂物质粘合到轴环。轴环可以包括限定孔径的锥形颈部，其中翼梁可以定位在孔径内并且粘合到颈部。轴环可以包括枢轴承，该枢轴承被配置为绕翼梁轴线枢转。叶片主体可以包括上部和下部，并且其中上部可以经由导电粘合材料电连接到下部以提供用于静电耗散的电通路。
本发明的另一个实施例涉及一种风扇叶片，该风扇叶片可以包括上部，其从叶片根部跨越到叶片尖端，其中上部限定第一外表面和第一内表面，其中第一内表面可以包括第一槽；下部，其从叶片根部到叶片尖端，其中下部限定第二外表面和第二内表面，其中第二内表面可以包括第二槽，其中上部和下部合并以限定具有前缘和后缘的叶片主体，并且其中第一槽和第二槽对准以在叶片主体中限定空腔；翼梁，其从叶片根部朝向叶片尖端在上部和下部之间延伸并在叶片尖端之前的终止点处终止，其中翼梁可以定位成与前缘和后缘大致等距，并且其中翼梁可以被涂覆粘合材料以将上部粘合到下部；并且粘结剂支撑件定位在上部和下部之间并被配置为将上部至少部分地粘合到下部。风扇叶片还可以包括具有上边缘和下边缘的翼肋，其中粘合材料可以放置在上边缘和下边缘上，并且其中翼肋可以定位在上部和下部之间，从而使得通过翼肋将上部和下部至少部分地粘合在一起。翼肋可以定位在由第一槽和第二槽限定的空腔中。粘结剂支撑件可以沿着叶片尖端从前缘延伸到后缘。粘结剂支撑件可以包括孔，并且其中孔可以与第一槽或第二槽的部分对准，从而限定用于流体流动的通道以便为捕集的空气提供离开风扇叶片的路径。粘结剂支撑件可以包括粘结剂和增稠剂的混合物。风扇叶片可以进一步包括电连接上部和下部以提供用于静电耗散的电通路的导电连接器。第一外表面和第二外表面以及第一内表面和第二内表面可以是导电的。导电连接器可以定位在翼梁和结构粘合剂之间。
本发明的另一个实施例涉及一种增强具有叶片主体的风扇叶片的完整性的方法，该方法可以包括以下步骤：提供叶片主体的第一部分；提供叶片主体的第二部分；在第一部分和第二部分之间提供翼梁，其中翼梁可以涂覆有粘合材料；并且通过定位在第一部分和第二部分之间的翼梁以将第一部分粘合到第二部分，其中粘合材料将第一部分粘合到第二部分以限定叶片主体。该方法可以包括在第一部分和第二部分之间提供粘结剂支撑件的步骤，其中粘结剂支撑件将第一部分粘合到第二部分。将第一部分粘合到第二部分的步骤可以包括在第一部分和第二部分之间提供粘合材料，其中粘合材料可以是导电的并且在第一部分和第二部分之间提供用于静电耗散的电通路。该方法还可以包括在第一部分和第二部分之间形成流体通道以允许流体流出叶片主体的步骤。该方法可以包括提供戽斗形进气口以汇集空气通过流体通道的步骤。
附图说明
从附图中所示的其特定实施例的以下描述中将容易理解本文所述的装置、系统和方法的前述和其他目的、特征和优点，其中相同的附图标记指代相同的结构。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本文所述的装置、系统和方法的原理上。
图1示出了风扇的透视图。
图2a和图2b示出了风扇叶片(如可以用在图1中的风扇中的风扇叶片)的顶侧和底侧的透视图。
图3a示出了图2a的风扇叶片的轴环的透视图。
图3b示出了图3a的轴环的俯视图。
图4示出了翼梁的透视图。
图5示出了图4的翼梁粘合到图3a和图3b的轴环。
图6示出了图2a的风扇叶片的上部的俯视图。
图7示出了图2a的风扇叶片的下部的俯视图。
图8示出了图5的翼梁和轴环以及图7的风扇叶片的下部。
图9a示出了根部翼肋的侧视图。
图9b示出了中部翼肋的侧视图。
图10示出了图9a和图9b中的翼肋以及图8中所示的风扇叶片的下部。
图11示出了具有导电连接器的图10的风扇叶片。
图12示出了具有结构粘结剂的图11的风扇叶片。
图13示出了图12的风扇叶片，其中销钉在结构粘结剂中。
图14示出了具有孔的风扇叶片的透视图。
图15a至图15c示出了风扇叶片的流动引导件。
图16a和图16b示出了在飞行器的管道式风扇中使用的风扇叶片。
具体实施方式
下面将参考附图描述本公开的优选实施例。附图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在清楚地说明本实施例的原理上。例如，为了清楚和方便描述，可以夸大元件的尺寸。此外，在整个附图中，只要有可能，使用相同的附图标记来指代实施例的相同或相似的元件。在以下描述中，因为公知的功能或构造可能以不必要的细节模糊本公开，所以没有被详细描述。说明书中的任何语言都不应被解释为表示任何未要求保护的元件对于实施例的实践是必不可少的。在以下描述中，应当理解诸如“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”、“侧面”、“前面”、“后面”等术语是为了方便并不应该被解释为限制性术语。对于本申请，以下术语和定义应该适用：
术语“和/或”意味着列表中由“和/或”联接的任何一个或多个项目。作为一个示例，“x和/或y”意味着三元素集{(x),(y),(x,y)}中的任何元素。换句话说，“x和/或y”意味着“x和y中的一个或两个”。作为另一个示例，“x、y和/或z”意味着七元素集{(x),(y),(z),(x,y),(x,z),(y,z),(x,y,z)}中的任何元素。换句话说，“x、y和/或z”意味着“x、y和z中的一个或多个”。
当用于修改或描述数值(或数值的范围)时，术语“大约”和“近似”意味着合理地接近该数值或数值的范围。因此，本文描述的实施例不限于仅所列举的数值和数值的范围，而是应该包括合理可行的偏差。
术语“飞行器”指代能够飞行的机器，包括但不限于BWB飞行器、传统飞行器、无人空中交通工具(UAV)、无人机、飞艇、飞船、私人飞机(例如喷气背包)，和/或垂直起飞和降落(VTOL)飞行器，诸如旋翼飞机(例如直升机)和/或倾斜旋翼/倾斜机翼飞行器。
如本文所使用的术语“复合材料”指代包括添加剂材料和基体材料的材料。例如，复合材料可以包括纤维添加剂材料(例如，纤维玻璃、玻璃纤维(“GF”)、碳纤维(“CF”)、芳族聚酰胺/对位芳族聚酰胺合成纤维等)和基体材料(例如，环氧树脂、聚酰亚胺和氧化铝，包括但不限于热塑性塑料、聚酯树脂、聚碳酸酯热塑性塑料、浇铸树脂、聚合物树脂、丙烯酸树脂、化学树脂)。在某些方面，复合材料可以采用金属，诸如铝和钛，以生产纤维金属层压板(FML)和玻璃层压板铝增强环氧树脂(GLARE)。此外，复合材料可以包括混合复合材料，该混合复合材料经由向基础纤维/环氧基体添加一些补充材料(例如，两种或更多种纤维材料)来实现。在某些方面，复合材料可以包括对位芳族聚酰胺合成纤维(例如，从杜邦公司(DuPont)可以获得的Kevlar)。
如本文所使用的术语“耦接”、“耦接到”和“与……耦接”，无论是附接、附着，连接，联接，紧固，链接和/或以其他方式固定，均意味着结构连接和/或电连接。
术语“示例性”意味着用作非限制性示例、实例或图示。如本文所使用的，术语“例如”和“比如”引出一个或多个非限制性示例、实例或图示的列表。
本公开涉及具有独特特征的风扇和/或螺旋桨叶片，独特特征可以产生若干优点，诸如，例如：减轻风扇叶片和/或相关零件和/或部件的重量。所公开的风扇叶片可以用在例如管道式风扇、环罩式风扇和/或开放式风扇中。例如，风扇叶片可以用在飞行器推进系统中，诸如螺旋桨的零件、管道式风扇推进系统、VTOL推进系统、涡轮风扇、螺桨风扇等。在一个方面，所公开的叶片可以在具有管道式风扇推进系统的飞行器中被采用，该飞行器的示例由Francesco Giannini等人共同拥有的于2017年1月11日提交并且名称为“HybridPropulsion Vertical Take-Off and Landing Aircraft”的美国专利申请No.15/403,818更详细地描述。可替代地，或另外地，风扇可以被用于工业鼓风机，和/或暖通空调(HVAC)系统。所公开的叶片可以另外地或可替代地用作小型飞行器和/或船舶机翼和/或鸭翼。因此，虽然所公开的叶片可以被笼统地描述为风扇叶片，但是原理可以同样适用于其他翼型和水翼船表面。
在示例性示例中，所公开的叶片可以由复合材料构成。复合材料可以是导电的。在一些示例中，叶片的内部和外部均由复合材料构成。在一些示例中，例如叶片的内部可以由复合材料构成，而叶片的外部可以由不同的材料(诸如金属或非导电的复合材料(诸如芳族聚酰胺))构成。在某些方面，所公开的叶片可以使用例如一个或多个模具和复合材料预浸渍树脂系统(“预浸料”或“预浸材料”，即原先存在的复合纤维具有未固化基体材料)来生产。可以理解，预浸渍材料在使用前可能需要制备(诸如打磨和清洁(例如，使用异丙醇))以提高固化质量。
在示例性示例中，叶片可以由耦接在一起的多个片段构成。例如，叶片可以由上部片段和下部片段构成。叶片片段可以使用粘合材料(固定剂物质)耦接在一起，粘合材料诸如粘结剂和/或胶。在一些示例中，粘合材料可以是Hysol9359.3。另外地，或可替代地，可以使用导电连接材料(诸如银环氧树脂)来电耦合叶片片段。在叶片内部的部分是导电的而不是电绝缘的示例中，电耦合可以提供从叶片的任何部分回到地面的静电耗散通路。
在示例性示例中，翼梁可以用作叶片的中心支撑件。翼梁可以从叶片的根部朝向叶片的尖端延伸。根据需要，翼梁可以被定位在近似的纵向和/或横向方位处。例如，翼梁可以沿着叶片的横向中部定位，与叶片的前缘和后缘大致等距。可以理解，翼梁可以不穿过整个叶片跨度，并且可以是具有不同几何形状(例如，圆形翼梁到方形构件/箱形梁)的一个或多个区段。粘合材料可以应用在翼梁上和翼梁周围，以帮助在翼梁周围将叶片的上部和下部粘合在一起。在一些实施例中，粘合材料可以是导电的。
翼梁的一部分可以粘合到轮毂和/或轴环。可以通过使用粘合材料进行粘合。在一些示例中，粘结剂可以是工业粘结剂和/或导电粘结剂。在一些示例中，轴环可以是在可变桨距机构中使用的枢轴承，并且翼梁可以粘合到与枢轴承成一体的桨距机构的一个或多个部分(例如，桨距臂U形夹)。在这样的示例中，枢轴承可以被配置为围绕由翼梁限定的轴线旋转。
在本公开的一个方面，微球混合结构粘结剂可以用作叶片的附加支撑件。结构粘结剂可以定位在叶片的中心，靠近翼梁。结构粘结剂可以另外地和/或可替代地沿着叶片的尖端边缘放置。在将叶片的上部和下部耦接在一起之前，可以将销钉放置在结构粘结剂中。在上部和下部固定地耦接在一起之后，当销钉被移除时，可以产生孔(和/或洞、开口等)。孔可以与叶片中的凹槽对准以产生流体通道，该流体通道输送叶片内的流体(例如，空气、液体等)。流体通道可以用于减轻由于捕集的空气(或液体)引起的结构变形或失效，否则捕集的空气(或液体)会在叶片的内部产生大的离心压力。当流体通道用在管道式风扇叶片中时，其还可以在叶片的尖端外提供缓冲空气以更有效地封闭叶片和管道壁之间的尖端间隙。在一些示例中，戽斗形进气口可以用于汇集和/或迫使额外的空气通过流体通道以进一步增加空气从尖端流出的效果，从而有效地减小管道中的风扇叶片尖端间隙。
图1示出了具有风扇叶片200的示例性风扇100。示例性风扇100包括中心轴104(例如，驱动轴)，该中心轴104限定了风扇叶片200围绕其旋转(和/或转动、回转、循环、环绕、行进、自旋、移动等)的轴线。风扇100包括多个风扇叶片200。虽然在该示例中示出了两个风扇叶片200，但是可以根据需要使用更多或更少的风扇叶片200(例如，2个至20个)。中心轴104耦接到轮毂106，轮毂106保持风扇叶片200并使叶片围绕中心轴104旋转。每个风扇叶片200通过轴环300耦接到轮毂106。中心轴104和/或轮毂106可以耦接到驱动系统以推进风扇100的运动。
尽管图1中所公开的示例性方面示出了与简单风扇100相关的风扇叶片200，但这仅仅是用于说明风扇叶片200的可能用途的示例。普通技术人员将理解风扇叶片200可以用于不同类型的风扇和/或许多其他系统中，诸如螺旋桨系统、管道式风扇推进系统、VTOL推进系统、涡轮风扇、螺桨风扇、工业鼓风机、HVAC系统等。
图2a和图2b示出了根据本公开的一个方面的示例性风扇叶片200的顶侧和底侧的透视图。风扇叶片200包括主体202(叶片主体)。主体202在纵向方向上从叶片根部204(近端)延伸到叶片尖端206(远端)。主体202在横向方向上从前缘208延伸到后缘210。中心翼梁212延伸通过主体202。例如，翼梁212可以延伸通过主体202的大致横向的中间部位，该大致横向的中间部位可以与前缘208和后缘210大致等距。在其他示例中，翼梁212可以与后缘210相比更靠近前缘208地延伸通过主体202，或者与前缘208相比更靠近后缘210地延伸。在一些示例中，翼梁212可以在风扇叶片200内的某些方位处更靠近前缘208并且在其他方位处更靠近后缘210。翼梁212从风扇叶片200的主体202的叶片根部204突出并连接到轴环300。轴环300包括围绕并固定到翼梁212的颈部302。在示例性实施例中，可以使用诸如工业粘合剂、胶和/或环氧树脂等的粘合材料将可以由复合材料制成的翼梁212粘合到轴环300的颈部302。在一些示例中，翼梁212提供与轴环300的锥形配合，使得翼梁212受到机械约束而不会从轴环300滑出。
图3a和图3b示出了从风扇100和风扇叶片200移除的轴环300。如图所示，轴环包括颈部302，颈部302限定(和/或包围、围绕等)延伸通过轴环300的孔径304。轴环300可以使用固定板306固定到另一个装置，固定板306可以被提供有多个洞308，以便能够经由附接装置(例如，螺栓、螺钉、铆钉、紧固件等)可移除地附接。可替代地，轴环300可以通过一种或多种焊接或粘结技术永久地固定到另一装置。轴环300可以使用金属或金属合金(诸如铝、钛等)和/或复合材料制造。当轴环300在飞行器中使用时，轴环300可以使用一种或多种飞行器级金属合金制造，诸如铝合金2024-T3、6061-T6、5052-H32、3003-H14、7075等。在一些示例中，轴环300可以被插入组件(诸如轴承组件)中。轴承组件可以包括例如内座圈和外座圈，内座圈和外座圈中的一个座圈可以具有用于安装的凸缘。轴承组件的示例包括用于可变桨距机构中的枢轴承组件、用于扭转翼机构中的轴承组件，和/或一些其他类型的轴承和/或轴承组件。例如，风扇叶片200的桨距可以经由可变桨距机构动态地控制，该可变桨距机构可以包括桨距臂、桨距连杆、扭矩板和平移桨距圆锥。
图4示出了示例性翼梁212。翼梁212用作风扇叶片200的结构支撑件。如图所示，翼梁212通常是截头圆锥形的。也就是说，翼梁212可以具有窄端或尖端被移除(例如，如图所示，尖端可以以相对于基部214/轴环300的一定角度被切割)的锥形形状。翼梁212在其基部214处最宽，并且逐渐变细到具有较小宽度、半径和/或周长的尖端216。翼梁212的尖端216相对于基部214被打磨成大约45度角。在一些示例中，尖端216的角度可以是35度到75度之间的不同角度，诸如大约35度角、大约25度角、大约65度角或大约75度角。翼梁212的尖端216可以成角度使得叶片200的蒙皮围绕翼梁212闭合。在其他示例中，尖端216可以没有角度，而是具有通常平行于基部214的平坦端部。在一些示例中，空心轴延伸通过翼梁212中的全部或一些(例如，从基部214延伸到并通过尖端216)。翼梁212可以由诸如复合材料和/或碳复合材料的导电材料形成。
翼梁212的基部214的尺寸使得其紧密地配合在由轴环300的颈部302限定的孔径304内。例如，翼梁212在其基部214处的直径的尺寸可以略小于孔径304的直径。这可以在翼梁212和轴环300之间形成小间隙，该小间隙可以用于在翼梁212的基部214和轴环300之间应用粘合材料。翼梁212可以使用诸如粘结剂的粘合材料被耦接到轴环300。粘合材料可以应用到翼梁212的基部214处、翼梁212的基部214附近和/或翼梁212的基部214周围的粘合区域。粘合区域可以大约是轴环300的颈部302的长度。粘合材料也可以被添加到颈部302的里面。粘合材料可以包括例如导电粘结剂，诸如银环氧树脂。在翼梁212是导电的示例中，轴环300是导电的，并且导电粘结剂被用于将翼梁212粘合到轴环300，可以产生流过翼梁212和轴环300的导电通路。图5示出了粘合到翼梁212的基部214的轴环300。
如图6和图7所示，风扇叶片200可以由第一部分(例如，上部218)和第二部分(例如，下部220)构成。上部218可以包括风扇叶片200的上翼型，而下部220可以包括风扇叶片200的下翼型。两个部分均具有叶片根部204、叶片尖端206、前缘208以及后缘210。两个部分还都包括内表面(由内蒙皮222或内衬限定)和外表面(由外蒙皮224限定)。在示例性实施例中，内蒙皮222由导电复合材料形成。外蒙皮可以由类似的复合材料形成或由也是导电的不同材料形成。在某些方面，可以使用单一的蒙皮材料限定内表面和外表面。
上部218和下部220的内蒙皮222包括通常互补的凸起部分226和凹槽228。凸起部分226可以包括被应用到叶片200的内蒙皮222的芯材料部分。凹槽228可以包括凹陷的芯材料部分，或内蒙皮222没有芯材料的部分。中心槽228a从叶片根部204延伸到叶片尖端206，将风扇叶片200平分并且限定用于翼梁212支撑件的空间。在某些方面，中心槽228a的尺寸和形状可以通常对应于翼梁212的尺寸和形状，从而提供紧密配合。根肋槽228b在中心槽228a的两侧大致垂直于中心槽228a延伸。中肋槽228c也大致垂直于中心槽228a延伸。尽管中肋槽228c仅被描绘在中心槽228a的后缘210侧上，但是在一些示例中，中肋槽228c也可以存在于中心槽228a的前缘208侧，或者相反。周边槽228d围绕风扇叶片200的周边、沿叶片根部204的边缘、叶片尖端206的边缘、前缘208以及后缘210延伸。当风扇叶片200的上部218和下部220连接时，凸起部分226和凹槽228通常对准。
图8示出了定位在下部220的中心槽228a内的翼梁212。翼梁212从叶片根部204朝向叶片尖端206在中心槽228a内延伸。然而，翼梁212的尖端216的尺寸可以设定为达不到叶片尖端206和/或周边槽228d，从而允许安装另外部件。中心槽228a和翼梁212可以各自涂覆有粘合材料以将翼梁粘合到主体202。
翼肋定位在风扇叶片200的翼肋槽内。图9a和图9b分别示出了根翼肋900a和中翼肋900b。根翼肋900a包括用于定位在翼梁212的任一侧上的前段902和后段904。中翼肋900b可以仅包括一个段(图示为后段)。两种翼肋均包括上边缘906、下边缘908以及翼梁界面910。根翼肋900a和中翼肋900b段中的每一个可以使用夹在两个刚性蒙皮914之间的芯材料912制造，该刚性蒙皮914限定翼肋的周边的翼型形状。芯材料912的尺寸可以比两个刚性蒙皮914小，以在两个刚性表皮914之间限定容纳粘合材料的通道。在一些示例中，可以使用实心层压板或珠状加强层压板代替芯材料。在这样的示例中，小结构构件可以铺设在翼肋本身中。
如图所示，在图10中，根翼肋900a定位在根翼肋槽228b内。中翼肋900b定位在中翼肋槽228c内。每个翼肋900的翼梁界面910粘合到翼梁212。每个翼肋900的下边缘908粘合到风扇叶片200的下部220，而上边缘906粘合到风扇叶片200的上部218。为了将每个翼肋900粘合到风扇叶片200，可以将粘合材料放置在风扇叶片200的上部218和下部220两者的根翼肋槽228b和中翼肋槽228c中。可替代地，或另外地，粘合材料可以沿着每个翼肋的上边缘906、下边缘908和翼梁界面910放置(例如，放置在两个刚性蒙皮914之间的芯材料912上)。在某些方面，在应用粘合材料前，可以将上边缘906、下边缘908和/或翼梁界面910处的每个翼肋900的芯材料912压回以在两个刚性蒙皮914之间限定通道。翼肋900有助于支撑风扇叶片200并将上部218和下部220粘合在一起。
翼梁212、根翼肋900a以及中翼肋900b可以使用粘合材料粘合到下部220。在一些示例中，粘结剂可以是导电粘结剂。粘合材料可以应用在风扇叶片200的下部220、在适当的槽228中，以及翼梁212、根翼肋900a和中翼肋900b本身结构上。粘合材料可以在翼梁212四周应用，使得翼梁212也将粘合到风扇叶片200的上部218。粘合材料也可以应用于根翼肋900a和中翼肋900b的翼梁界面910、上边缘906以及下边缘908，使得当上部218和下部220耦接在一起时，翼肋将粘合到风扇叶片200的上部218。粘合材料可以基本上邻近和/或沿着前缘208和/或后缘210进一步应用到上部218和下部220的区域。
如图8中所示，翼梁212从风扇叶片200的叶片根部204朝向风扇叶片200的叶片尖端206延伸。然而，翼梁212在到达风扇叶片200的叶片尖端206之前在其叶片尖端206处终止。如图11所示，导电连接器1100被定位在中心槽228a中与翼梁212的尖端216重叠。导电连接器1100可以是例如导电银环氧树脂。当风扇叶片200的上部218和下部220耦接在一起时，导电连接器1100用作将风扇叶片200连接在一起的另外粘合材料。导电连接器1100进一步电连接叶片的上部218和下部220。在风扇叶片200的内蒙皮222是导电的的示例中，导电连接器1100提供用于从风扇叶片200的任何部分回到地面(例如，飞行器经由轴环300电接地)的静电耗散的电通路。
如图12所示，结构粘结剂1200定位在中心槽228a内，邻近导电连接器1100。在示例性实施例中，从导电连接器1100到在风扇叶片200的叶片尖端206处的或基本上靠近该叶片尖端206处的点应用结构粘结剂1200。结构粘结剂1200还沿着叶片尖端206的边缘被应用在周边槽228d中。结构粘结剂1200在风扇叶片200的中心和在靠近叶片尖端206的周边槽228d中用作类似于翼梁212的中心支撑件。结构粘结剂1200还有助于将风扇叶片200的上部218和下部220粘合在一起。虽然未示出，但是结构粘结剂可以放置在风扇叶片200的其他位置，诸如沿着主体202的周边。在一些示例中，在将粘结剂1200应用到风扇叶片200之前，结构粘结剂1200可以与增稠剂(诸如玻璃微球)混合以减轻粘结剂1200并为其提供结构。增稠的结构粘结剂1200充当可以用作翼梁尖端延伸的粘结剂支撑件，并且当叶片200组装好时，增稠剂确保结构粘结剂1200保持其形状。
如图14中所示，孔1402形成在风扇叶片200的叶片尖端206中，其中图13示出了使用可移除销钉1400以产生孔1402的一种示例方法。在图13的示例中，在风扇叶片200的上部218和下部220被夹住并粘合在一起之前，销钉1400被放置穿过风扇叶片200的叶片尖端206附近的结构粘结剂1200。销钉1400可以涂覆有不粘脱模剂以便于其移除。销钉1400可以与周边槽228d对准，以限定从孔1402通过风扇叶片200并进入外部环境的流体通道。当周边槽228d围绕风扇叶片200的整个周边延伸时，流体通道从风扇叶片200的叶片尖端206一直延伸到风扇叶片200的叶片根部204，并且从前缘208延伸到后缘210。
流体通道提供空气流动的通路，使得通过叶片根部204进入风扇叶片200的空气可以流过流体通道并通过叶片尖端206中的孔1402流出，而不是被捕集在风扇叶片200中，从而减少了由于流体被捕集在叶片中而可能导致的结构损坏。捕集的空气能在风扇叶片200的内部产生大的离心压力以导致结构变形和/或失效。孔1402和所形成的流体通道有助于减小这些力以防止和/或减少由于空气被捕集在叶片中而可能导致的结构变形或失效。在一些示例中，通道可以是允许任何流体(例如，空气、水等)流过通道并流出孔1402的流体通道。在风扇叶片200可以用于管道式风扇的示例中，孔1402和通道也可以在叶片的尖端外提供缓冲空气，缓冲空气可以有效地封闭风扇叶片200和管道壁之间的尖端间隙。
在一些示例中，流动引导件1500可以用于汇集(和/或促使、引导、导向等)额外的空气通过流体通道，以进一步增加空气从叶片尖端206流出的效果，从而有效地减小管道中的风扇叶片尖端间隙。如图15a至图15c所示，流动引导件1500可以在叶片根部204处或在叶片根部204附近附接到风扇叶片200。在可替代的示例中，流动引导件1500可以附接到翼梁212。流动引导件1500可以是弯曲的和/或弯曲成戽斗形进气口构造，以便更有效地导向空气通过流体通道。流动引导件1500的碗状物1504可以面向风扇叶片200的前缘208定位。在可替代的示例中，流动引导件1500的碗状物1504可以面向后缘210、翼梁212或风扇叶片200的上翼型和下翼型定位。流动引导件1500可以邻近孔1502定位。孔1502可以与孔1402流体连通，使得流体通道从孔1402延伸到孔1502。图15c示出了流动引导件1500可以如何引导流体进入孔1502，通过风扇叶片200流体通道，并通过孔1402流出。虽然在示例图中仅示出了一个流体引导件1500和一个孔1502，但是在可替代的示例中可以存在多个流体引导件1500和多个孔1502。在一些示例中，可以存在多个流体引导件1500和仅一个孔1502，而在其他示例中，可以存在用于多个孔1502的一个流体引导件1500。
在操作中，由于流体通道源自于风扇叶片200，因此风扇叶片200具有增加的结构完整性。由于使用结构粘结剂1200作为支撑件，因此风扇叶片200与其他风扇叶片相比也可以具有显著的重量减轻。导电连接器1100的集成提供了用于耗散和/或释放在操作期间可能积聚的静电的装置。静电是危险的，特别是在具有可燃材料的环境中。所公开的示例性风扇叶片200通过提供从风扇叶片200的任何部分回到电接地的静电耗散和/或释放通路来减少周围静电的危险。电路径可以自蒙皮流过导电连接器1100并进入翼梁212。自翼梁212，电路径可以经由将翼梁212连接到轴环300的导电粘合材料流入轴环300。轴环300可以由导电材料构成并且可以耦接到由导电材料(例如金属)构成的轴承组件(未示出)。跳线或其他导电连接器可以跨越轴承的内座圈和外座圈以延续电路径。轴承可以经由紧固件耦接到轮毂106和轴104，向后通过飞行器结构(未示出)，该飞行器结构可以用作接地基准。导电的Teflon密封件可以用在风扇组件中(即，轮毂106、轴104和轴环300中)，使得电路径可以流到地面。
在某些方面，一种增强具有叶片主体202的风扇叶片200的完整性的方法可以包括以下步骤：提供叶片主体202的第一部分(例如，上部218)；提供叶片主体202的第二部分(例如，下部220)；在第一部分和第二部分之间提供翼梁212，其中翼梁212涂覆有粘合材料；以及通过定位在第一部分和第二部分之间的翼梁212将第一部分粘合到第二部分，其中粘合材料将第一部分粘合到第二部分以限定叶片主体202。粘结剂支撑件(例如增稠的结构粘结剂1200)可以提供在第一部分和第二部分之间，其中粘结剂支撑件将第一部分粘合到第二部分。导电粘合材料可以在第一部分和第二部分之间提供，使得导电粘合材料将第一部分粘合到第二部分并提供用于静电耗散(例如，接地)的电通路。流体通道(例如，周边槽228d或另一个槽)可以在第一部分和第二部分之间形成以允许流体(空气、水等)流出叶片主体202。流体引导件1500可以用于引导流体通过流体通道。
如前所述，风扇叶片200可以用于许多应用中。风扇叶片200可以用作飞机推进系统的一部分，诸如在螺旋桨、管道式风扇推进系统、VTOL推进系统、涡轮风扇，螺桨风扇等中。可替代地或另外地，风扇可以用在工业鼓风机和/或暖通空调(HVAC)系统中。图16a和图16b示出了风扇叶片200作为VTOL飞行器1600的VTOL推进系统中的管道式风扇1602的一部分。
所公开的示例虽然参考附图将风扇的各部分称为“上部”、“下部”、“内部”、“外部”、“前缘”和/或“后缘”，但这些标签是为了方便且易于理解而使用的。
上述所引用的专利和专利出版物通过引用其整体而被并入本文。应当理解，上述方法和系统是通过示例阐述而非限制。对于本领域普通技术人员来说，许多变化、添加、省略和其他修改是显而易见的。另外，除非明确要求特定顺序或从上下文中清楚地明确特定顺序，上述说明书和附图中的方法步骤的顺序或表示并不旨在要求这种顺序以执行所述步骤。因此，虽然已经示出和描述了特定实施例，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在形式和细节上的各种改变和修改可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下进行，并且旨在形成由所附权利要求限定的本发明的一部分，该权利要求将在法律允许的最广泛意义上被解释。

Claims (11)

1.一种风扇叶片(200)，其包括：
叶片主体(202)，其在纵向方向上从叶片根部(204)跨越到叶片尖端(206)，并且在横向方向上从前缘跨越到后缘，所述叶片主体包括上部和下部，其各自包括内蒙皮(222)，其中所述上部的内蒙皮包括凸起部分(226)和所述下部的内蒙皮包括凹槽(228)；和
流体通道，其在所述叶片主体(202)内形成以允许流体流出所述叶片主体(202)，其中所述流体通道从所述叶片根部(204)延伸到所述叶片尖端(206)，
其中所述叶片主体包括：
中心槽(228a)，其通过将所述上部的凸起部分(226)和所述下部的凹槽(228)对准而形成，并且从所述叶片根部(204)延伸到所述叶片尖端(206)以限定用于翼梁(212)支撑件的空间，和
周边槽(228d)，其通过将所述上部的凸起部分(226)和所述下部的凹槽(228)对准而形成，并且围绕所述风扇叶片(200)的整个周边延伸以限定所述流体通道。
2.根据权利要求1所述的风扇叶片(200)，进一步包括戽斗形进气口，所述戽斗形进气口推进流体通过所述流体通道。
3.根据权利要求1或2所述的风扇叶片(200)，其中所述叶片尖端(206)包括孔(1502、1402)，并且所述风扇叶片(200)配置为导向流体从所述流体通道通过所述孔(1502、1402)。
4.根据权利要求1或2所述的风扇叶片(200)，其中使用结构粘结剂(1200)将所述上部粘合到所述下部。
5.根据权利要求4所述的风扇叶片(200)，其中所述流体通道延伸通过所述结构粘结剂(1200)。
6.根据权利要求1或2所述的风扇叶片(200)，其中所述上部经由导电粘合材料电连接到所述下部以提供用于静电耗散的电通路。
7.根据权利要求1或2所述的风扇叶片(200)，其中所述风扇叶片(200)进一步包括流体引导件，所述流体引导件引导流体通过所述流体通道。
8.一种增强具有叶片主体(202)的风扇叶片(200)的完整性的方法，所述方法包括以下步骤：
提供所述叶片主体(202)的第一部分；
提供所述叶片主体(202)的第二部分，其中所述第一部分和所述第二部分是独立的结构，其中所述第一部分和所述第二部分限定从叶片根部延伸到叶片尖端的中心槽和围绕所述风扇叶片的整个周边延伸以限定流体通道的周边槽；
在所述第一部分和所述第二部分之间在所述中心槽内提供翼梁(212)，其中所述翼梁(212)涂覆有第一粘合材料，其中一端的所述第一粘合材料的至少一部分是导电粘合材料；
在所述第一部分和所述第二部分之间提供翼肋，其中所述翼肋涂覆有第二粘合材料；
粘合所述翼肋至所述翼梁；以及
通过定位在所述第一部分和所述第二部分之间的翼梁(212)和翼肋将所述第一部分粘合到所述第二部分，其中所述第一粘合材料和所述第二粘合材料将所述第一部分粘合到所述第二部分以限定所述叶片主体(202)，并且其中所述第一粘合材料和第二粘合材料的至少一种是导电粘合材料，使得所述第一部分和所述第二部分电连接以提供用于静电耗散的电通路。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括在所述第一部分和所述第二部分之间提供粘结剂(1200)支撑件的步骤，其中所述粘结剂(1200)支撑件将所述第一部分粘合到所述第二部分。
10.根据权利要求8或9所述的方法，进一步包括在所述第一部分和所述第二部分之间形成流体通道以允许流体流出所述叶片主体(202)的步骤。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括提供戽斗形进气口以汇集空气通过所述流体通道的步骤。
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