CN110315770A - 复合材料叶片以及复合材料叶片的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能抑制叶根部的强度降低的复合材料叶片及复合材料叶片的制造方法。复合材料叶片(100)在方向(X)(叶厚方向)上层叠对强化纤维浸渍了树脂的复合材料层(20)而形成，具备：叶根部(11)，其设置于基端侧；叶形部(10)，其从叶根部(11)的前端侧延伸；金属构件(30)，其设置于叶根部(11)；螺栓(40)，其将叶根部(11)与金属构件(30)紧固。叶根部(11)具有：主体部(111)；弯曲部(112)，其从主体部(111)朝向方向(X)的外侧弯曲；以及固定部(113)，其从弯曲部(112)朝向方向(X)的外侧延伸。金属构件(30)与叶根部(11)的主体部(111)、弯曲部(112)及固定部(113)抵接，通过螺栓(40)固定于固定部(113)。

Description

复合材料叶片以及复合材料叶片的制造方法
技术领域
本发明涉及复合材料叶片以及复合材料叶片的制造方法。
背景技术
以往，作为燃气轮机的动叶，已知有与将对强化纤维浸渍了树脂的复合材料层层叠而形成的复合材料叶片有关的技术。例如，在专利文献1中公开了具备叶形部以及设置于叶形部的末端的叶根部的复合材料叶片。在该复合材料叶片中，在叶根部，使从叶形部延伸的复合材料层的一部分分离而形成，形成为使叶根部比叶形部向外侧扩宽的、所谓的燕尾形状。并且，通过在使复合材料层的一部分离开的位置追加层叠其他复合材料层，从而减少不具有强化纤维的区域(仅具有树脂的区域)，来抑制叶根部的强度降低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第8100662号说明书
发明要解决的课题
在上述专利文献1所记载的复合材料叶片中，对追加层叠的复合材料层的终端以位于复合材料叶片中产生的拉伸应力和压缩应力切换的过渡区域的方式来形成。其结果是，在复合材料层的终端，在不具有强化纤维而仅具有树脂的铺层中产生的应力减小。然而，关于复合材料层的层间剪切应力没有进行考虑。因此，在层间剪切应力变高的区域中，存在铺层发生破损的风险，期求实现能够抑制叶根部的强度降低的复合材料叶片。
发明内容
本发明鉴于上述情况而提出，其目的在于，提供一种能够抑制叶根部的强度降低的复合材料叶片以及复合材料叶片的制造方法。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题并达成目的，本发明的复合材料叶片在叶厚方向上层叠对强化纤维浸渍了树脂的复合材料层而形成，其特征在于，具备：叶根部，其设置于基端侧；叶形部，其从所述叶根部的前端侧延伸；金属构件，其设置于所述叶根部；以及紧固件，其将所述叶根部与所述金属构件紧固，所述叶根部具有：主体部；弯曲部，其从所述主体部朝向所述叶厚方向的外侧弯曲；以及延伸部，其从所述弯曲部朝向所述叶厚方向的外侧延伸，所述金属构件与所述叶根部的所述主体部、所述弯曲部以及所述延伸部抵接，并通过所述紧固件固定于所述延伸部。
根据该结构，通过在叶根部的表面层安装具有向在叶厚方向上向外侧扩宽的方向倾斜了的外表面的金属构件，从而无需使叶根部具有比叶形部向外侧扩宽了的燕尾形状。即，金属构件的外表面满足该燕尾形状。因此，无需使叶根部向叶厚方向的外侧扩宽并且进行扩宽的量的复合材料层的追加层叠。由此，能够避免因追加层叠而产生铺层的区域地形成叶根部。因此，根据本发明，能够提供一种能够抑制叶根部的强度降低的复合材料叶片。
另外，优选的是，所述金属构件以及所述延伸部具有供所述紧固件贯穿的紧固孔，所述金属构件以及所述延伸部通过贯穿于所述紧固孔的所述紧固件而被固定。
另外，优选的是，形成所述叶根部的所述复合材料层从所述叶形部连续地延伸。
根据该结构，由于不进行复合材料层的追加层叠而形成叶根部，因此，能避免因追加层叠而产生铺层的区域，从而能够抑制叶根部的强度降低。
另外，优选的是，所述金属构件与抵接于所述延伸部的所述基端侧的面的第二金属构件一起通过所述紧固件而被安装。
根据该结构，由金属构件和第二金属构件夹入叶根部，因此，在对复合材料叶片作用有离心力时，能够更良好地抑制在叶根部发生变形。另外，通过利用紧固件将第二金属构件与金属构件一起安装于延伸部，能够减少形成于延伸部的紧固件用的紧固孔，从而能够抑制叶根部的强度降低。
另外，优选的是，还具备追加层叠体，该追加层叠体层叠多个所述复合材料层而形成，设置于所述第二金属构件与所述弯曲部之间。
根据该结构，能够减小第二金属构件的大小，实现复合材料叶片的轻量化。
另外，优选的是，所述追加层叠体的强化纤维沿着与长度方向以及所述叶厚方向正交的方向延伸。
根据该结构，能够在弯曲部与第二金属构件之间无间隙地填充追加层叠体的复合材料层。
另外，优选的是，还具备传感器，该传感器设置于所述弯曲部，用于检测所述复合材料层的损伤。
根据该结构，在对复合材料叶片作用有离心力时，能够实时地检测叶根部的尤其应力容易变高、作用过大的拉伸载荷、由于长期运转而容易产生损伤的弯曲部附近的损伤。
另外，优选的是，还具备传感器，该传感器在所述弯曲部的下部设置于所述第二金属构件，用于检测所述复合材料层的损伤。
根据该结构，在设置第二金属构件的情况下，也能够迅速地检测叶根部的尤其应力容易变高的弯曲部附近的损伤。
为了解决上述课题并达成目的，本发明提供复合材料叶片的制造方法，所述复合材料叶片在叶厚方向上层叠对强化纤维浸渍了树脂的复合材料层而形成，且具备设置于基端侧的叶根部以及从所述叶根部的前端侧延伸的叶形部，所述复合材料叶片的制造方法的特征在于，所述复合材料叶片的制造方法包括：层叠步骤，在该层叠步骤中，层叠多个成为所述叶根部的所述复合材料层；固化步骤，在该固化步骤中，成型所述叶根部；以及组装步骤，在该组装步骤中，将金属构件固定于所述叶根部，所述叶根部具有：主体部；弯曲部，其从所述主体部朝向所述叶厚方向的外侧弯曲；以及延伸部，其从所述弯曲部朝向所述叶厚方向的外侧延伸，在所述组装步骤中，使所述金属构件与所述叶根部的所述主体部、所述弯曲部以及所述延伸部抵接，并通过紧固件将所述金属构件安装于所述延伸部。
根据该结构，通过在叶根部的表面层安装具有向在叶厚方向上向外侧扩宽的方向倾斜了的外表面的金属构件，从而无需使叶根部具有比叶形部向外侧扩宽了的燕尾形状。即，金属构件的外表面满足该燕尾形状。因此，无需使叶根部向叶厚方向的外侧扩宽并且进行扩宽的量的复合材料层的追加层叠。由此，能够避免因追加层叠而产生铺层的区域地形成叶根部。因此，根据本发明，能够提供一种能够抑制叶根部的强度降低的复合材料叶片的制造方法。
另外，优选的是，所述金属构件以及所述延伸部具有供所述紧固件贯穿的紧固孔，所述金属构件以及所述延伸部通过贯穿于所述紧固孔的所述紧固件而被固定。
另外，优选的是，在所述组装步骤中，使第二金属构件抵接于所述延伸部的基端侧的面，并通过所述紧固件将所述金属构件以及所述第二金属构件安装于所述延伸部。
根据该结构，由金属构件和第二金属构件夹入叶根部，因此，在对复合材料叶片作用有离心力时，能够更良好地抑制在叶根部发生变形。另外，通过利用紧固件将第二金属构件与金属构件一起安装于延伸部，能够减少形成于延伸部的紧固件用的紧固孔，从而能够抑制叶根部的强度降低。
另外，优选的是，在所述层叠步骤之后且所述固化步骤之前还包括追加层叠步骤，在该追加层叠步骤中，在所述叶根部的所述弯曲部的下部配置沿着所述第二金属构件的表面形状的板状构件，并在所述板状构件之上形成层叠有多个所述复合材料层而成的追加层叠体。
根据该结构，能够减小第二金属构件的大小，实现复合材料叶片的轻量化。另外，通过使用沿着第二金属构件的表面形状的板状构件，能够容易地使追加层叠体的形状与第二金属构件的表面形状一致。
附图说明
图1是示出第一实施方式所涉及的复合材料叶片的概略的示意图。
图2是从方向Y观察复合材料叶片的剖视图。
图3是示出复合材料层的结构的示意图。
图4是示出第一实施方式所涉及的复合材料叶片的制造方法的步骤的说明图。
图5是从方向Y观察第二实施方式所涉及的复合材料叶片的剖视图。
图6是示出第二实施方式所涉及的复合材料叶片的制造方法中的组装步骤的说明图。
图7是从方向Y观察第三实施方式所涉及的复合材料叶片的剖视图。
图8是示出第三实施方式所涉及的复合材料叶片的制造方法中的追加层叠步骤的说明图。
附图标记说明
1 基台
2 涡轮盘
2a 槽部
2b 侧面
2c 倾斜面
10 叶形部
10a 叶形端部
11，11A、11B 叶根部
111 主体部
112b 下表面
112 弯曲部
113 固定部
113a 紧固孔
113b 下表面
20 复合材料层
20a 表面层
21 强化纤维
22 树脂
30 金属构件
30a 紧固孔
31 内表面
32 外表面
32a 侧面
32b 倾斜面
40 螺栓
50 损伤检测传感器
60，70 第二金属构件
60a，71a，72a 上表面
60b 下表面
60c 紧固孔
80 追加层叠体
90 板状构件
100，200，300 复合材料叶片
100A、100B 层叠体
100a 前端
100b 基端
150 包装材
F 离心力
L1 中心线
G1 间隙
G2 间隙
具体实施方式
以下，基于附图详细说明本发明所涉及的复合材料叶片以及复合材料叶片的制造方法的实施方式。需要说明的是，本发明不被这些实施方式限定。
(第一实施方式)
图1是示出第一实施方式所涉及的复合材料叶片的概略的示意图。第一实施方式所涉及的复合材料叶片100是燃气轮机的动叶。使用复合材料叶片100的燃气轮机是例如飞机用的发动机中使用的燃气轮机，但也可以是例如发电用的燃气轮机等、用于任意的用途的燃气轮机。
如图1所示，复合材料叶片100从前端100a延伸至基端100b。复合材料叶片100在基端100b侧安装于涡轮盘2。在此，图1所示的方向Z是复合材料叶片100延伸的方向，即沿着从前端100a至基端100b的方向。方向Z是复合材料叶片100的长度方向。另外，方向Z相当于涡轮盘2的径向(放射方向)。方向Y是与方向Z正交的方向，且是沿着涡轮盘2的轴向的方向。方向X是与方向Y以及方向Z正交的方向，且是沿着涡轮盘2的周向切线的方向。
复合材料叶片100具有叶形部10和叶根部11。叶形部10是对随着涡轮盘2的旋转而在燃气轮机内流动的气体进行压缩的叶片。叶形部10从前端100a至叶形端部10a沿着复合材料叶片100的方向Z(长度方向)边扭转边延伸。叶根部11设置于叶形部10的末端、即叶形端部10a。换言之，叶形部10从叶根部11的前端100a侧沿着方向Z延伸。
图2是从方向Y观察复合材料叶片的剖视图。在复合材料叶片100中，上述叶形部10以及叶根部11由沿着叶厚方向层叠多个复合材料层20而得的层叠体构成。“叶厚方向”是叶形部10的相对于叶根部11的根部部分、即叶形端部10a处的复合材料叶片100的叶厚方向，是指方向X(图2中的左右方向)。以下，将叶厚方向称作方向X来进行说明。另外，在以下的说明中，将方向X上的复合材料叶片100的表面侧称作“外侧”。
图3是示出复合材料层的结构的示意图。复合材料层20是对强化纤维21浸渍了树脂22的复合材料的层。如图3所示，各复合材料层20以强化纤维21沿着方向Z的方式设置有多个，在强化纤维21的周围填充有树脂22。通过将复合材料层20与相邻的(层叠的)复合材料层20的树脂22彼此粘接，从而树脂22的部分与其他复合材料层20一体化。因此，复合材料层20是具有强化纤维21和强化纤维21的周围的树脂22的层。需要说明的是，复合材料层20也可以具有沿与图3所示的强化纤维21不同的方向延伸的其他强化纤维。在该情况下，其他强化纤维可以穿插于强化纤维21。需要说明的是，在图2中，示意性地在中心线L1的一侧各记载4层复合材料层20。
在第一实施方式中，强化纤维21是使用了碳纤维的碳纤维强化塑料(CFRP：CarbonFiber Reinforced Plastic)。但是，强化纤维21不限定于碳纤维，也可以是其他的塑料纤维、玻璃纤维或者金属纤维。另外，树脂22是例如热固化性树脂或者热塑性树脂。作为热固化性树脂，能够使用例如环氧树脂。作为热塑性树脂，能够使用例如聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚苯硫醚(PPS)等。需要说明的是，树脂22不限定于这些，也可以使用其他树脂。
在此，如图1所示，涡轮盘2具有沿着周向彼此隔开间隔地形成的多个槽部2a。复合材料叶片100在叶根部11处安装于槽部2a内，从而安装并固定于涡轮盘2。并且，如图2所示，复合材料叶片100具备在安装于涡轮盘2的槽部2a中时介于叶根部11与槽部2a之间的金属构件30、以及将金属构件30紧固于叶根部11的螺栓40(紧固件)。以下，参照图2，对用于将复合材料叶片100安装于槽部2a的叶根部11以及金属构件30的结构进行进一步详细说明。
(叶根部11)
在第一实施方式中，叶根部11与叶形部10共有多个复合材料层20。即，构成叶根部11的各复合材料层20从叶形部10连续地延伸。另外，在第一实施方式中，如图2所示，叶根部11形成为在方向X上相对于中心线L1大致对称的形状。在以下的说明中，适当地将相对于叶根部11的中心线L1配置于图中左侧的部分称作叶根部11A，将相对于叶根部11的中心线L1配置于图中右侧的部分称作叶根部11B。
叶根部11A、11B具有主体部111、弯曲部112以及固定部(延伸部)113。主体部111从叶形部10连续地沿方向Z延伸。弯曲部112从主体部111的基端100b侧朝向方向X的外侧弯曲。在第一实施方式中，弯曲部112弯曲至相对于主体部111呈大致90°的角度的位置。固定部113是从弯曲部112的与主体部111相反的一侧进一步朝向方向X的外侧延伸的部分。因此，在第一实施方式中，叶根部11A、11B在从方向Y观察的剖面上呈大致L字形状。因此，使叶根部11A、11B在中心线L1处一体化的叶根部11在从方向Y观察的剖面上呈大致T字形状。另外，在叶根部11A、11B的固定部113，以贯通各复合材料层20的方式形成有能够供后述的螺栓40贯穿的紧固孔113a。紧固孔113a在固定部113沿着方向Y彼此隔开间隔地形成多个。
(金属构件30)
金属构件30由金属材料形成。金属构件30在叶根部11A与槽部2a之间以及在叶根部11B与槽部2a之间各设置一个。金属构件30的内表面31呈沿着叶根部11(11A、11B)的表面层20a的表面形状的形状。因此，金属构件30的内表面31与主体部111、弯曲部112以及固定部113同样地在从方向Y观察的剖面上呈大致L字形状。另外，金属构件30的外表面32呈沿着槽部2a的侧面形状的形状。在第一实施方式中，如图2所示，槽部2a具有从涡轮盘2的外周面沿方向Z延伸的侧面2b、以及从侧面2b向在方向X上向外侧扩宽的方向延伸的倾斜面2c。因此，金属构件30的外表面32具有形成为能够与侧面2b抵接的侧面32a、以及以能够与倾斜面2c抵接的方式向在方向X上向外侧扩宽的方向延伸的倾斜面32b。另外，金属构件30在与形成于叶根部11A、11B的固定部113的紧固孔113a对应的位置形成有多个能够紧固后述的螺栓40的紧固孔30a。
(叶根部11与金属构件30的固定)
叶根部11与金属构件30由作为紧固件的螺栓40固定。如上所述，通过形成于叶根部11A、11B的固定部113的紧固孔113a与形成于各金属构件30的紧固孔30a中紧固螺栓40，从而叶根部11A、11B与各金属构件30被固定。其结果是，金属构件30与叶根部11的主体部111、弯曲部112以及固定部113抵接。
(损伤检测传感器)
另外，在第一实施方式中，在叶根部11A、11B的弯曲部112安装有损伤检测传感器50。损伤检测传感器50例如是薄膜UT(Ultrasonic Testing：超声波探伤试验)传感器，是在弯曲部112的附近能够检测各复合材料层20内有无损伤的传感器。需要说明的是，损伤检测传感器50是能够检测各复合材料层20内有无损伤的传感器，只要能够在槽部2a内安装于弯曲部112，则可以是任意的传感器。
接下来，对第一实施方式所涉及的复合材料叶片的制造方法进行说明。图4是示出第一实施方式所涉及的复合材料叶片的制造方法的步骤的说明图。第一实施方式所涉及的复合材料叶片的制造方法包括层叠步骤S10、合模步骤S20、固化步骤S30以及组装步骤S40。
层叠步骤S10是层叠多个成为叶根部11的复合材料层20的步骤。在第一实施方式中，各复合材料层20在叶形部10与叶根部11之间连续地延伸，因此，可以说层叠步骤S10是层叠多个成为叶形部10以及叶根部11的复合材料层20的步骤。需要说明的是，在层叠步骤S10中，复合材料层20处于树脂22未固化的状态，即是预浸渍体。
在层叠步骤S10中，一半一半地形成成为叶形部10以及叶根部11的层叠体100A、100B。在层叠步骤S10中，首先，在基台1上层叠多个复合材料层20而形成层叠体100A。此时，预先使基台1具有大致L字型的表面形状，从而能够在成为层叠体100A的叶根部11的部分形成主体部111、弯曲部112以及固定部113。另外，各复合材料层20以在被层叠的状态下在固定部113形成有紧固孔113a的方式预先在对应的位置处形成孔部。需要说明的是，紧固孔113a可以在后述的固化步骤S30之后对固定部113实施加工而形成。同样地，在另外的基台1上层叠多个复合材料层20，形成包括上述叶根部11B的层叠体100B(参照步骤S20)。
接下来，作为合模步骤S20，使一半一半地形成的层叠体100A与层叠体100B合模。当合模步骤S20结束时，进行固化步骤S30。固化步骤S30是通过使合模后的层叠体100A和层叠体100B中的未固化的树脂22固化而成型复合材料叶片100的步骤。在固化步骤S30中，例如，在利用包装材150包覆复合材料叶片100的未固化体并进行抽真空之后，在高压釜炉内进行加压以及加热，从而使树脂22固化。由此，叶形部10以及叶根部11的固化体成型。需要说明的是，在固化步骤S30中，只要使树脂22固化来成型叶形部10以及叶根部11的固化体，则其成型方法不局限于此。
接下来，进行组装步骤S40。组装步骤S40是将金属构件30安装于固定部113的步骤。更详细而言，如在图4中用实线箭头所示出那样，使金属构件30的内表面31抵接于在固化步骤S30中成型的叶根部11A、11B的表面层20a。接下来，如在图4中用虚线箭头所示出那样，将螺栓40紧固于固定部113的各紧固孔113a以及金属构件30的各紧固孔30a。由此，叶根部11A、11B与金属构件30被固定，制造出复合材料叶片100。需要说明的是，损伤检测传感器50既可以在组装步骤S40之后安装于弯曲部112，也可以在固化步骤S30之后安装于弯曲部112。以上述那样方式制造出的复合材料叶片100通过沿着槽部2a的延伸方向、即方向Y插入涡轮盘2的槽部2a，从而能够安装于涡轮盘2。
如以上所说明的那样，在第一实施方式所涉及的复合材料叶片100以及复合材料叶片的制造方法中，通过在叶根部11的表面层20a安装具有向在方向X(叶厚方向)上向外侧扩宽的方向倾斜了的外表面32的金属构件30，从而无需将叶根部11设为比叶形部10向外侧扩宽了的燕尾形状。即，金属构件30的外表面32满足该燕尾形状。在复合材料叶片100已安装于涡轮盘2的槽部2a的状态下，金属构件30介于槽部2a与叶根部11的表面层20a之间，金属构件30的倾斜面32b与槽部2a的倾斜面2c抵接，由此能抑制复合材料叶片100从槽部2a脱落。因此，无需使叶根部11向方向X的外侧扩宽并且进行扩宽的量的复合材料层20的追加层叠。由此，能够避免因追加层叠产生铺层的区域(仅具有树脂22的区域)地形成叶根部11。因此，根据第一实施方式所涉及的复合材料叶片100以及复合材料叶片的制造方法，能够提供一种能够抑制叶根部11的强度降低的复合材料叶片100。
并且，通过利用螺栓40(紧固件)将金属构件30固定于叶根部11的固定部113，能够抑制叶根部11从槽部2a脱落。
另外，在对复合材料叶片100作用有离心力F时，叶根部11被向前端100a侧(图2中的上侧)拉伸，因此，叶根部11欲向弯曲部112相对于主体部111的角度成为钝角的方向变形(弯曲部112欲向接近槽部2a的方向移动)。在复合材料叶片100中，使金属构件30介于叶根部11的表面层20a与槽部2a之间，因此，能够抑制该叶根部11的变形。进而，叶根部11A、11B呈大致L字型形状，且相对于中心线L1彼此相向地配置，因此，在对复合材料叶片100作用有离心力F时，叶根部11A、11B限制彼此的移动。由此，也能抑制在叶根部11发生变形。
另外，通过使金属构件30介于叶根部11的表面层20a与槽部2a之间，从而与将由金属材料形成的叶片安装于涡轮盘2的槽部2a的情况同样地，也能够将复合材料叶片100稳定地安装于涡轮盘2。进而，即使槽部2a与金属构件30发生了滑动，由于滑动面为金属面，也能够与由金属材料形成的叶片同样地处理。
另外，在对复合材料叶片100作用有离心力F时，金属构件30的倾斜面32b从槽部2a的倾斜面2c受到力，从而从两个金属构件30对被两个金属构件30夹入的叶根部11作用压缩力。其结果是，例如与金属构件30不具有倾斜面32b的情况相比，叶根部11从金属构件30受到的面压力变大，叶根部11与两个金属构件30以作为一体的构件(燕尾部)发挥功能的方式受到离心力F。由此，能够使离心力F中的金属构件30负担的分力变大，另一方面能够使叶根部11负担的分力变小。因此，复合材料叶片100能够耐受更大的离心力F。
另外，优选的是，形成叶根部11的复合材料层20从叶形部10连续地延伸。
根据该结构，不进行复合材料层20的追加层叠而能形成叶根部11，因此，能避免因追加层叠产生铺层的区域，从而能够抑制叶根部11的强度降低。
另外，还具备设置于弯曲部112、用于检测复合材料层20的损伤的损伤检测传感器50。
根据该结构，在对复合材料叶片100作用有离心力F时，能够实时地检测叶根部11的尤其应力容易变高、作用过大的拉伸载荷、由于长期运转而容易产生损伤的弯曲部112附近的损伤。因此，在将复合材料叶片100安装于涡轮盘2的状态下便能够进行复合材料叶片100的寿命判断，能够省略检查工序。
(第二实施方式)
接下来，对第二实施方式所涉及的复合材料叶片200进行说明。图5是从方向Y观察第二实施方式所涉及的复合材料叶片的剖视图。第二实施方式所涉及的复合材料叶片200除了复合材料叶片100的结构之外，还具备第二金属构件60。复合材料叶片200的其他结构与复合材料叶片100相同，因此标注相同的附图标记并省略说明。
第二金属构件60在叶根部11处与金属构件30所抵接的表面层20a不同的面抵接。在第二实施方式中，如图5所示，第二金属构件60的上表面60a呈沿着弯曲部112的基端100b侧的下表面112b以及固定部113的基端100b侧的下表面113b的形状。第二金属构件60的上表面60a与下表面112b、113b抵接。另外，第二金属构件60形成有从上表面60a贯通至下表面60b的多个紧固孔60c。多个紧固孔60c形成于与上述的紧固孔30a以及紧固孔113a对应的位置。换句话说，在第二金属构件60抵接于下表面112b、113b的状态下，紧固孔30a、紧固孔113a以及紧固孔60c成为连续形成的一个紧固孔。
另外，在第二实施方式中，在第二金属构件60的下表面60b安装有上述的损伤检测传感器50。如图5所示，损伤检测传感器50设置于弯曲部112的下部。即，损伤检测传感器50在方向X上设置于与弯曲部112重合的位置。
接下来，参照图6，对第二实施方式所涉及的复合材料叶片的制造方法进行说明。图6是示出第二实施方式所涉及的复合材料叶片的制造方法中的组装步骤的说明图。第二实施方式所涉及的复合材料叶片的制造方法取代第一实施方式所涉及的复合材料叶片的制造方法中的组装步骤S40而包括组装步骤S41。在第二实施方式中，层叠步骤S10、合模步骤S20以及固化步骤S30与图4中所示的步骤相同，因此省略说明。
在第二实施方式中，如图6中用实线箭头所示出那样，在组装步骤S41中，使金属构件30的内表面31抵接于在固化步骤S30中成型的叶根部11A、11B的表面层20a，并且使第二金属构件60抵接于下表面112b、113b。接下来，如图6中用虚线箭头所示出那样，将螺栓40紧固于紧固孔30a、紧固孔113a以及紧固孔60c。由此，叶根部11A、11B与金属构件30以及第二金属构件60被固定，制造出复合材料叶片200。
如以上所说明的那样，第二实施方式所涉及的复合材料叶片200还具备第二金属构件60，该第二金属构件60通过螺栓40(紧固件)安装于叶根部11，并与叶根部11的和金属构件30所抵接的面不同的面抵接。
根据该结构，在对复合材料叶片200作用有离心力F时，能够更良好地抑制在叶根部11发生变形。
另外，第二金属构件60与固定部113的基端100b侧的下表面113b抵接，并与金属构件30一起通过螺栓40安装于固定部113。
根据该结构，由金属构件30和第二金属构件60夹入叶根部11，因此，在对复合材料叶片200作用有离心力F时，能够更良好地抑制在叶根部11发生变形。另外，通过利用螺栓40将第二金属构件60与金属构件30一起安装于固定部113，能够减少形成于固定部113的螺栓40用的紧固孔113a，从而能够抑制叶根部11的强度降低。
另外，还具备在弯曲部112的下部设置于第二金属构件60、用于检测复合材料层20的损伤的损伤检测传感器50。
根据该结构，在设置第二金属构件60的情况下，也能够实时地检测叶根部11的尤其应力容易变高的弯曲部112附近的损伤。
(第三实施方式)
接下来，对第三实施方式所涉及的复合材料叶片300进行说明。图7是从方向Y观察第三实施方式所涉及的复合材料叶片的剖视图。第三实施方式所涉及的复合材料叶片300取代第二实施方式所涉及的复合材料叶片200的第二金属构件60而具备第二金属构件70。另外，复合材料叶片300除了第二实施方式所涉及的复合材料叶片200的结构之外还具备追加层叠体80。复合材料叶片300的其他结构与复合材料叶片200相同，因此标注相同的附图标记并省略说明。
如图7所示，第二金属构件70具有呈沿着固定部113的基端100b侧的下表面113b延伸的形状的上表面71a。另外，在上表面71a彼此之间延伸的上表面72a呈以比弯曲部112的基端100b侧的下表面112b平缓的角度从上表面71a呈山型地突出的形状。因此，在使第二金属构件70抵接于固定部113的下表面113b的状态下，在上表面72a与弯曲部112的下表面112b之间形成沿着方向Y延伸的间隙G1。另外，第二金属构件70与第二金属构件60同样地形成有从上表面71a贯通至下表面70b的多个紧固孔70c。
追加层叠体80是层叠多个复合材料层20而形成的层叠体。追加层叠体80设置于在第二金属构件70的上表面72a与弯曲部112的下表面112b之间形成的间隙G1。在第三实施方式中，追加层叠体80的强化纤维21沿着与方向Z(长度方向)以及方向X(叶厚方向)正交的方向Y延伸。
接下来，参照图8，对第三实施方式所涉及的复合材料叶片的制造方法进行说明。图8是示出第三实施方式所涉及的复合材料叶片的制造方法中的追加层叠步骤的说明图。第三实施方式所涉及的复合材料叶片的制造方法除了第二实施方式所涉及的复合材料叶片的制造方法的各步骤之外还包括追加层叠步骤S25。
追加层叠步骤S25在层叠步骤S10以及合模步骤S20之后且在固化步骤S30之前进行。追加层叠步骤S25是对在合模步骤S20中合模后的层叠体100A以及层叠体100B追加层叠上述的追加层叠体80的步骤。更详细而言，在追加层叠步骤S25中，如图8中的步骤S251所示那样，在合模后的层叠体100A以及层叠体100B的弯曲部112以及固定部113的下侧配置板状构件90。板状构件90呈沿着上述的第二金属构件70的上表面71a、72a的形状。因此，在使板状构件90抵接于固定部113的状态下，在板状构件90与弯曲部112之间沿着方向Y形成与上述的间隙G1相同形状的间隙G2。接着，如图8中的步骤S252所示那样，在该间隙G2中层叠追加层叠体80。此时，追加层叠体80的强化纤维21如上所述那样在沿着方向Y的方向上延伸。这样，通过使用沿着第二金属构件70的表面形状的板状构件90，能够容易地使追加层叠体80的形状与第二金属构件70的表面形状一致。
之后，通过与图4所示的固化步骤S30同样的手段，形成层叠体100A、100B以及追加层叠体80，并通过与图6所示的组装步骤S41同样的步骤，安装金属构件30以及第二金属构件70。由此，形成复合材料叶片300。
如以上所说明的那样，第三实施方式所涉及的复合材料叶片300还具备追加层叠体80，该追加层叠体80层叠多个复合材料层20而形成，设置于第二金属构件70与弯曲部112之间。
根据该结构，能够减小第二金属构件70的大小，从而实现复合材料叶片300的轻量化。
另外，追加层叠体80的强化纤维21沿着与方向Z(长度方向)以及方向X(叶厚方向)正交的方向Y延伸。
根据该结构，能够在弯曲部112与第二金属构件70之间无间隙地填充追加层叠体80的复合材料层20。
需要说明的是，在第一实施方式至第三实施方式中，损伤检测传感器50也可以省略。另外，损伤检测传感器50也可以设于在固定部113形成的紧固孔113a的附近。
另外，在第二实施方式中，第二金属构件60例如也可以安装于叶根部11的方向Y上的侧面。在该情况下，第二金属构件60只要通过紧固件固定于叶根部11的任意位置即可。根据上述那样的结构，还能够通过第二金属构件60抑制叶根部11变形。

Claims (12)

1.一种复合材料叶片，其在叶厚方向上层叠对强化纤维浸渍了树脂的复合材料层而形成，所述复合材料叶片的特征在于，
所述复合材料叶片具备：
叶根部，其设置于基端侧；
叶形部，其从所述叶根部的前端侧延伸；
金属构件，其设置于所述叶根部；以及
紧固件，其将所述叶根部与所述金属构件紧固，
所述叶根部具有：主体部；弯曲部，其从所述主体部朝向所述叶厚方向的外侧弯曲；以及延伸部，其从所述弯曲部朝向所述叶厚方向的外侧延伸，
所述金属构件与所述叶根部的所述主体部、所述弯曲部以及所述延伸部抵接，并通过所述紧固件固定于所述延伸部。
2.根据权利要求1所述的复合材料叶片，其特征在于，
所述金属构件以及所述延伸部具有供所述紧固件贯穿的紧固孔，所述金属构件以及所述延伸部通过贯穿于所述紧固孔的所述紧固件而被固定。
3.根据权利要求1或2所述的复合材料叶片，其特征在于，
形成所述叶根部的所述复合材料层从所述叶形部连续地延伸。
4.根据权利要求3所述的复合材料叶片，其特征在于，
所述金属构件与抵接于所述延伸部的所述基端侧的面的第二金属构件一起通过所述紧固件而被安装。
5.根据权利要求4所述的复合材料叶片，其特征在于，
所述复合材料叶片还具备追加层叠体，该追加层叠体层叠多个所述复合材料层而形成，设置于所述第二金属构件与所述弯曲部之间。
6.根据权利要求5所述的复合材料叶片，其特征在于，
所述追加层叠体的强化纤维沿着与长度方向以及所述叶厚方向正交的方向延伸。
7.根据权利要求1或2所述的复合材料叶片，其特征在于，
所述复合材料叶片还具备传感器，该传感器设置于所述弯曲部，用于检测所述复合材料层的损伤。
8.根据权利要求4至6中任一项所述的复合材料叶片，其特征在于，
所述复合材料叶片还具备传感器，该传感器在所述弯曲部的下部设置于所述第二金属构件，用于检测所述复合材料层的损伤。
9.一种复合材料叶片的制造方法，所述复合材料叶片在叶厚方向上层叠对强化纤维浸渍了树脂的复合材料层而形成，且具备设置于基端侧的叶根部以及从所述叶根部的前端侧延伸的叶形部，
所述复合材料叶片的制造方法的特征在于，
所述复合材料叶片的制造方法包括：
层叠步骤，在该层叠步骤中，层叠多个成为所述叶根部的所述复合材料层；
固化步骤，在该固化步骤中，成型所述叶根部；以及
组装步骤，在该组装步骤中，将金属构件固定于所述叶根部，
所述叶根部具有：主体部；弯曲部，其从所述主体部朝向所述叶厚方向的外侧弯曲；以及延伸部，其从所述弯曲部朝向所述叶厚方向的外侧延伸，
在所述组装步骤中，使所述金属构件与所述叶根部的所述主体部、所述弯曲部以及所述延伸部抵接，并通过紧固件将所述金属构件安装于所述延伸部。
10.根据权利要求9所述的复合材料叶片的制造方法，其特征在于，
所述金属构件以及所述延伸部具有供所述紧固件贯穿的紧固孔，所述金属构件以及所述延伸部通过贯穿于所述紧固孔的所述紧固件而被固定。
11.根据权利要求9或10所述的复合材料叶片的制造方法，其特征在于，
在所述组装步骤中，使第二金属构件抵接于所述延伸部的基端侧的面，并通过所述紧固件将所述金属构件以及所述第二金属构件安装于所述延伸部。
12.根据权利要求11所述的复合材料叶片的制造方法，其特征在于，
在所述层叠步骤之后且所述固化步骤之前还包括追加层叠步骤，在该追加层叠步骤中，在所述叶根部的所述弯曲部的下部配置沿着所述第二金属构件的表面形状的板状构件，并在所述板状构件之上形成层叠多个所述复合材料层而成的追加层叠体。
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