CN115461525A - 涡轮机旋转风扇叶片、布置有涡轮机旋转风扇叶片的风扇及涡轮机 - Google Patents

涡轮机旋转风扇叶片、布置有涡轮机旋转风扇叶片的风扇及涡轮机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种涡轮机旋转风扇叶片(2)，该涡轮机旋转风扇叶片包括由复合材料制成的主体(20)、金属加强部件(3)，金属加强部件包括金属上游鼻部(31)，其特征在于，金属上游鼻部(31)至少在叶片尖端的金属部分(27b)上包括具有纵向地变窄的厚度(AX)的凹槽(4)，凹槽在金属部分(27b)上在高度(H)上界定了至少一个具有预定磨损部的金属突出部(5)，该金属突出部具有纵向地变窄的厚度，并且被构造成在第二厚度方向(EP)上存在切向摩擦的情况下与金属部分(27b)至少部分地脱离，凹槽(4)和具有预定磨损部的金属突出部(5)对第一金属翅片(32)和/或第二金属翅片(33)和/或由复合材料制成的主体(20)的上游边缘(22)加以延伸。

Description

涡轮机旋转风扇叶片、布置有涡轮机旋转风扇叶片的风扇及 涡轮机
技术领域
本发明涉及旋转涡轮机风扇叶片、布置有旋转涡轮机风扇叶片的旋转涡轮机风扇以及布置有旋转涡轮机风扇叶片的涡轮机。
本发明的领域涉及飞行器涡轮机，特别地涉及涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机。
背景技术
已知旋转涡轮机风扇叶片在围绕旋转涡轮机风扇叶片的固定壳体中旋转，其中，在叶片与壳体之间存在间隙，壳体在内部覆盖有耐磨材料，该耐磨材料可以被旋转的叶片头部刨削。文献EP-A-1 312 762描述了这种叶片，这种叶片的尖端在出现导致轴承解除联接的不平衡之后的冲击的情况下可以被保持壳体的内壁分解，以获得用于解除联接器的运行所需的大的间隙。根据该文献，每个叶片在叶片的尖端附近具有通过凹槽制造的薄弱区域，凹槽被布置成在外弧面上、平行于叶片的尖端。该凹槽填充有树脂，这确保了在尖端附近的外弧部的空气动力学连续性。凹槽在叶片的基体材料中被布置到如下的深度，该深度使得在前缘侧、内弧侧以及后缘侧上的薄弱区域的基体材料中的剩余壁具有足够的抵抗性以使得能够刨削该层耐磨材料，并且剩余壁足够脆弱以在叶片的尖端与保持壳体的内壁之间发生碰撞时断裂。
使叶片2旋转的发动机的与各种外部元件(例如鸟类摄入)或振动现象相关联的旋转移动R可以导致叶片头部27与位于风扇的壳体300上的耐磨材料301之间的突然且显著的接触，如在图1中示出。
叶片与壳体之间的这种接触可能是显著损坏的原因。实际上，瞬时和突然的接触可能导致叶片的变形，这将增加叶片表面的接触或在耐磨材料中的接触深度。如果该现象未被控制，该现象可能导致叶片的损坏，甚至导致材料的显著损失。
为了避免这种情况，在风扇280的头部处的径向间隙J以及叶片2的体积的尺寸被设计成避免叶片在耐磨材料中的接合而损坏发动机。
研究表明，当叶片以高转速运转时，叶片在离心作用和空气动力学力的作用下变形。在叶片头部处的径向间隙J减小，并且最终在一些情况下，该间隙J不能确保足够的余量以避免叶片头部27与耐磨材料之间的接触。该摩擦力在叶片头部27上导致了切向载荷(在图2中由箭头F示出)，该切向载荷被定向成从叶片2的内弧部24朝向外弧部25，并且该切向载荷在与叶片2围绕发动机的旋转轴线AX的旋转相反的方向上。
该约束表示着叶片的附加变形。因此可能出现多种情况。
根据第一种情况，如果该变形导致间隙增加，从而减小力并且使翼面与耐磨材料脱离，则叶片被定义为非自接合。因此可以估测，在第一种情况下，当叶片与耐磨材料发生接触时，叶片的行为是健康的。
相反地，根据第二种情况，如果变形导致了正的间隙消耗，叶片被定义为自接合。在第二种情况下，叶片将继续陷入到耐磨材料中，并且叶片上的力将增大。因此，叶片及叶片的周围部分可能遭受严重损坏。
避免该自接合现象或至少降低该自接合现象的严重性的最简单的解决方案是增大叶片头部处的间隙，以在叶片与耐磨材料接触之前具有附加余量。该策略使得能够避免对发动机的任何损坏，但是可能对叶片的空气动力学性能具有重大影响。增大头部处的间隙增大了泄漏流量以及在该区域的相关损失。
此外，希望避免叶片头部的前缘的构型，在自接合的情况下，叶片头部的前缘的构型由于构型的几何轮廓而难以脱离，并且增大了自接合的严重性。
发明内容
本发明的第一目标是获得一种旋转涡轮机风扇叶片，使得能够限制叶片头部在前缘上的自接合的严重性而不使空气动力学性能劣化。
本发明的第二目的是获得一种旋转涡轮机风扇叶片，使得能够避免叶片头部的前缘的构型，在自接合的情况下，叶片头部的前缘的构型由于构型的几何轮廓而难以脱离，并且增大了自接合的严重性。
为此，本发明的第一主题是一种旋转涡轮机风扇叶片，该叶片包括：
主体，主体由复合材料制成，主体具有：上游边缘和下游边缘，外弧部和内弧部以及叶片根部和叶片头部边缘，主体沿着第一纵向方向在上游边缘与下游边缘之间延伸；主体沿着第二厚度方向在外弧部与内弧部之间延伸，第二厚度方向横向于第一方向；主体沿着第三高度方向在叶片根部与叶片头部边缘之间延伸，第三高度方向横向于第一方向和第二方向，叶片根部具有附接在纵向旋转风扇毂部上的功能，
金属加强部件，金属加强部件包括：上游金属鼻部，第一金属翅片以及第二金属翅片，上游金属鼻部形成叶片的前缘，并且被固定到上游边缘；第一金属翅片被连接在上游金属鼻部的第一外弧侧面的下游，并且被固定到外弧部的上游部分；第二金属翅片被连接在上游金属鼻部的第二内弧侧面的下游，并且被固定到内弧部的上游部分，上游金属鼻部具有位于叶片头部边缘的上游处的金属叶片头部部分，
该叶片的特征在于，
上游金属鼻部至少在金属叶片头部部分上包括至少一个凹槽，至少一个凹槽具有纵向地变窄的厚度，并且在金属叶片头部部分上沿着第三高度方向开口，
至少一个凹槽在金属叶片头部部分上沿着第三高度方向在确定的非零高度上界定了至少一个具有预定磨损部的金属突出部，至少一个具有预定磨损部的金属突出部具有纵向地变窄的厚度，并且被构造成在第二厚度方向上存在切向摩擦的情况下与金属叶片头部部分至少部分地脱离，
至少一个凹槽和至少一个具有预定磨损部的金属突出部在第一纵向方向上在第一金属翅片和/或第二金属翅片和/或由复合材料制成的主体的上游边缘的上游延伸。
通过本发明，在金属叶片头部处布置的具有预定磨损部的金属突出部能够足以避免叶片组件与叶片组件的前缘的自接合。叶片头部的具有预定磨损部的金属突出部在叶片头部可能的旋转期间对风扇壳体的耐磨材料的磨损可以是逐渐的，以保持叶片头部的足够高度，从而减少叶片与该壳体之间的泄漏流量，同时避免如上所述的第二壳体的自接合。自接合叶片上的具有预定破裂部或断裂区域的突出部使得在接触时能够脱离叶片，从而限制对叶片头部的损坏。因此，代替了在导致叶片的自接合现象的关键事件期间更换许多部件，可以仅修复或更换叶片。在叶片头部处的间隙的确定不再考虑叶片的自接合性质。这样就能够减小间隙，这改进了叶片的空气动力学性能。因此，根据发动机目标(直径、旋转速度等)设计叶片的尺寸将在所提出的实施例之间确定制造具有预定破裂部的区域的最佳解决方案。
根据本发明的实施例，至少一个具有预定磨损部的金属突出部在上游金属鼻部的沿着第一纵向方向的长度的主要部分上具有纵向地变窄的厚度。
根据本发明的实施例，具有预定磨损部的金属突出部的纵向地变窄的厚度至少在确定的非零高度的一部分上是恒定的。
根据本发明的实施例，具有预定磨损部的金属突出部的纵向地变窄的厚度在上游金属鼻部的长度的主要部分上是恒定的。
根据本发明的实施例，金属叶片头部部分的厚度从上游到下游增大，至少一个凹槽由上游金属鼻部的脊部界定，其中，由至少一个凹槽相对于脊部占据的厚度在上游金属鼻部的长度的主要部分上从上游到下游增大。
根据本发明的实施例，金属叶片头部部分的厚度从上游到下游增大，至少一个凹槽由上游金属鼻部的脊部界定，其中，由至少一个凹槽相对于脊部占据的所述确定的非零高度在上游金属鼻部的长度的主要部分上从上游到下游减小。
根据本发明的实施例，至少一个凹槽由至少一个肩部形成，至少一个肩部被连接到上游金属鼻部的第一外弧侧面。
根据本发明的实施例，至少一个凹槽由肩部形成，肩部被连接到上游金属鼻部的第二内弧侧面。肩部可以包括弯曲部。
根据本发明的实施例，上游金属鼻部包括凹槽，凹槽为至少第一凹槽和至少第二凹槽，第一凹槽由第一肩部形成，第一肩部被连接到上游金属鼻部的第一外弧侧面，第二凹槽由第二肩部形成，第二肩部被连接到上游金属鼻部的第二内弧侧面。
根据本发明的实施例，肩部是弯曲的。
根据本发明的实施例，具有预定磨损部的金属突出部围绕至少一个凹槽。
根据本发明的实施例，叶片头部边缘包括另一个具有预定磨损部的金属突出部，另一个具有预定磨损部的金属突出部具有纵向地变窄的厚度，并且对至少一个具有预定磨损部的金属突出部加以延伸。因此，如果认为加强部件的突出部是第一突出部，则在叶片的主体的叶片头部边缘上的另一个具有预定磨损部的突出部是附加突出部，附加突出部通过附加突出部在第一纵向方向上的延伸使金属加强部件的第一突出部完整。
本发明的第二主题是一种旋转涡轮机风扇，该旋转涡轮机风扇包括纵向旋转风扇毂部以及多个如上所述的叶片，多个叶片通过多个叶片的叶片根部固定到纵向旋转风扇毂部。
本发明的第三主题是一种涡轮机，该涡轮机包括如上所述的旋转风扇以及在风扇的下游的低压压缩机、高压压缩机、燃烧室、高压涡轮以及低压涡轮。
附图说明
通过阅读仅以非限制性示例的方式并且参照附图的以下图给出的以下描述，本发明将被更好地理解。
[图1]示出了根据现有技术的叶片的示意性前视图。
[图2]示出了沿着根据现有技术的叶片的头部的径向方向的示意性视图。
[图3]示出了包括根据本发明的叶片的涡轮机的示意性轴向截面视图。
[图4]示出了根据本发明的一个实施例的叶片的示意性透视图。
[图5]示出了根据本发明的第一实施例的叶片头部的放大的示意性透视图。
[图6]示出了根据本发明的第一实施例的叶片头部的放大的示意性横截面视图。
[图7]示出了根据本发明的第二实施例的叶片头部的放大的示意性透视图。
[图8]示出了根据本发明的第二实施例的图7的叶片头部的放大的示意性横截面视图。
[图9]示出了根据本发明的一个实施例的图7的叶片头部的放大的示意性俯视图。
[图10]示出了根据本发明的第二实施例的一个变型的图7的叶片头部的放大的示意性透视图，其中，凹槽的高度从上游到下游减小。
[图11]示出了根据本发明的第三实施例的叶片头部的放大的示意性透视图。
[图12]示出了根据本发明的第四实施例的叶片头部的放大的示意性透视图。
[图13]示出了根据本发明的第五实施例的叶片头部的一部分的放大的示意性横截面视图。
[图14]示出了根据本发明的第六实施例的叶片头部的一部分的放大的示意性横截面视图。
[图15]示出了根据本发明的第七实施例的叶片头部的一部分的放大的示意性横截面视图。
[图16]示出了根据本发明的第七实施例的图15的叶片头部的部分的放大的示意性透视图。
[图17]示出了根据本发明的第八实施例的叶片头部的一部分的放大的示意性透视图。
具体实施方式
以下参照图3更详细地描述了涡轮机1的一个示例，根据本发明的一个或多个旋转风扇叶片2可以用于该涡轮机。
众所周知，在图3中示出的涡轮机1旨在被安装在飞行器(未示出)上，以推动飞行器在空中飞行。
燃气涡轮发动机或涡轮机组件1围绕被定向成从上游到下游的轴线AX或轴向方向AX(或下文中提到的第一纵向方向AX)延伸。随后，术语“上游”、相应地“下游”，或者“前方”、相应地“后方”，或者“左侧”、相应地“右侧”，或者“轴向地”是沿着气体沿着轴线AX在涡轮机中流动的大致方向选取的。从内到外的方向是从轴线AX开始的径向方向DR(或下文中提到的第三高度方向DR)。
例如，涡轮机1是双主体涡轮机。涡轮机1包括由旋转风扇280和中心气体涡轮发动机130形成的第一级，中心气体涡轮发动机位于旋转风扇280的下游。在涡轮机的中心，气体发生器130在气体流动方向上从上游到下游包括低压压缩机CBP1、高压压缩机CHP1、燃烧室160、高压涡轮THP1以及低压涡轮TBP1，低压压缩机、高压压缩机、燃烧室、高压涡轮以及低压涡轮界定了主气体流FP1。
旋转风扇280包括从旋转风扇毂部250径向向外延伸的一组旋转风扇叶片2。旋转风扇叶片2在外部由风扇壳体300围绕，风扇壳体在风扇壳体的如下的表面上包括一层或多层301耐磨材料，该表面被定位成面对叶片2的叶片头部27。
涡轮机1具有位于风扇280上游的上游进气端部290以及下游排气端部310。涡轮机1还包括流道间壳体360，流道间壳体界定了主流道，主流FP1在该主流道中流通，主流在风扇280的下游穿过低压压缩机CBP1、高压压缩机CHP1、高压涡轮THP1以及低压涡轮TBP1。
流道间壳体360从上游到下游包括低压压缩机CBP1的壳体361、中间壳体260、高压压缩机CHP1的壳体362、高压涡轮THP1的壳体363以及低压涡轮TBP1的壳体190，中间壳体被插入在低压压缩机CBP1与高压压缩机CHP1之间。
低压压缩机CBP1和高压压缩机CHP1可以各自包括一个或多个级，每个级由一组固定轮叶(或定子叶片装置)和一组旋转叶片(或转子叶片装置)形成。
低压压缩机CBP1的固定轮叶101被固定到壳体361。低压压缩机CBP1的旋转叶片102被固定到第一旋转传动轴410。
高压压缩机CHP1的固定轮叶103被固定到壳体362。高压压缩机CHP1的旋转叶片104被固定到第二旋转传动轴400。
高压涡轮THP1和低压涡轮TBP1可以各自包括一个或多个级，每个级由一组固定轮叶(或定子叶片装置)和一组旋转叶片(或转子叶片装置)形成。
高压涡轮THP1的固定轮叶105被固定到壳体363。高压涡轮THP1的旋转叶片106被固定到第二旋转传动轴400。
低压涡轮TBP1的固定轮叶107被固定到壳体190。低压涡轮TBP1的旋转叶片108被固定到第一旋转传动轴410。
在来自燃烧室160的气体的推力的作用下，低压涡轮TBP1的旋转叶片108驱动低压压缩机CBP1的旋转叶片102围绕轴线AX旋转。在来自燃烧室160的气体的推力的作用下，高压涡轮THP1的旋转叶片106驱动高压压缩机CHP1的旋转叶片104围绕轴线AX旋转。
旋转风扇叶片2在叶片101、102、103、104、105、106、107以及108的上游，并且具有与叶片不同的形状。
在运行中，空气流动穿过旋转风扇280，空气流的第一部分FP1(主流FP1)被引导穿过低压压缩机CBP1和高压压缩机CHP1，在高压压缩机和低压压缩机中，空气流被压缩并且被输送到燃烧室160。来自燃烧室160的热燃烧产物(在附图中未示出)被用于驱动涡轮THP1和TBP1，从而产生涡轮机1的推力。涡轮机1还包括次级流道390，次级流道用于使空气流的从旋转风扇280排出的次级流FS1围绕流道间壳体360穿过。更特别地，次级流道390在整流罩200或短舱200的内壁201与围绕中心燃气涡轮发动机130的流道间壳体360之间延伸，风扇壳体300是该整流罩200或短舱200的上游部分。臂340在次级流FS1的次级流道390中将中间壳体260连接到整流罩200的内壁201。
在下文中，参照图4至图17来描述根据本发明的旋转涡轮机风扇叶片2。
在图4中，叶片2包括由复合材料制成的主体20，主体沿着第一纵向方向AX在上游边缘22与远离上游边缘的下游边缘23之间延伸。主体20在垂直于第一纵向方向AX选取的多个平面截面中具有三维曲率。
复合材料主体20沿着第二厚度方向EP在外弧部24与远离外弧部25的内弧部25之间延伸，第二厚度方向横向于第一方向AX。当固定有叶片根部26的风扇毂部250围绕轴向方向AX旋转时，外弧部24在风扇叶片2的旋转方向上向外转动。主体20在垂直于第二厚度方向EP选取的多个平面截面中具有三维曲率。外弧部24相对于内弧部25是对称的。
复合材料主体20沿着第三高度方向DR在主体20的叶片根部26与远离叶片根部26的叶片头部上边缘27之间延伸，其中，第三高度方向DR横向于第一方向AX和第二方向EP。第三高度方向DR被定向成从叶片根部26的底部到顶部、到叶片头部上边缘27以及到在下文中描述的金属叶片头部部分27b。叶片根部26用于固定到纵向旋转风扇毂部250。为此，叶片根部26可以沿着方向EP相对于中间区域26b具有加厚的横截面，该加厚的横截面例如可以为燕尾形等，中间区域位于叶片根部26与叶片头部上边缘27之间。因此，叶片根部26可以被插入到风扇毂部250的外周容纳部中，以固定到外周容纳部。
在下文中将描述复合材料主体20的一个实施例。叶片2的主体20由在树脂中三维编织的复合材料制成。复合材料主体20包括树脂基体，纤维增强体4被嵌入在树脂基体中，，该纤维增强体在叶片2的成品状态下包括至少沿着第三高度方向DR延伸的经线以及至少沿着第一纵向方向AX延伸的纬线。用于制造叶片2的主体20的一种可能的方法如下。在第一编织步骤期间，对经线与纬线进行三维编织以形成纤维增强体。然后，在第二模塑步骤期间，将纤维增强体布置在模具中，在模具中，纤维增强体根据由模具的内壁的预定三维曲率施加的三维曲率变形，然后将树脂围绕纤维增强体注射在模具中，以给出在成品状态下的叶片2的主体20的三维形状。在对围绕纤维增强体的树脂进行模塑之后，经线和纬线呈现在成品状态下的主体20的三维曲率。纤维增强体4可以由通过不同厚度的三维编织或多层编织获得的一体式纤维预制件形成，。纤维增强体包括经线和纬线，特别地，经线和纬线可以包括碳、玻璃、玄武岩和/或芳纶纤维。基体典型地是聚合物基体，例如环氧树脂、双马来酰亚胺或者聚酰胺。叶片可以通过RTM(树脂转移模塑，Resin Transfer Molding)或VARRTM(真空树脂转移模塑，Vacuum Resin Transfer Molding)类型的真空树脂注射工艺来通过模塑形成。通过三维编织，应当理解，经线遵循曲折的路径，以将除了解开部之外的属于不同层纬线的纬线连结在一起，应当注意，特别地具有互锁编织的三维编织可以包括表面二维编织。可以采用不同的三维编织，例如互锁编织、多缎(multi-satin)编织或者多布(multi-voile)编织。
在上游边缘22的上游，金属加强部件3(也被称为防护件)例如通过粘合剂层7的粘结而固定，金属加强部件形成叶片2的前缘30(图4)。加强部件3具有在飞行时面对进入的空气动力学流的作用，以克服对叶片的侵蚀以及保护叶片免受鸟类摄入的问题。
以下参照图5至图17描述了金属加强部件3的金属叶片头部部分27b。
金属加强部件3包括上游金属鼻部31，上游金属鼻部形成叶片2的前缘30，并且被固定到上游边缘22。上游金属鼻部31由第一外弧侧面32b和第二内弧侧面33b形成，第一外弧侧面和第二内弧侧面在厚度方向EP的方向上彼此连接，并且在上游在前缘30处终止。金属加强部件3包括第一翅片32，第一翅片被连接在第一外弧侧面32b的下游，并且通过粘合剂层7固定到主体2的外弧部24的上游部分28。金属加强部件3包括第二翅片33，第二翅片被连接在第二内弧侧面33b的下游，并且通过粘合剂层7粘结到主体2的内弧部25的上游部分29。上游金属鼻部31、第一翅片32以及第二翅片33界定了空腔，上游边缘22、外弧部24的上游部分28以及内弧部25的上游部分29位于该空腔中。上游金属鼻部31是被填充的，并且比该部件3的主区域34中的每个翅片32和33更厚。主体20、上游金属鼻部31、第一翅片32以及第二翅片33在垂直于第一方向AX的多个不同平面中选取的第一截面中、在垂直于第二方向EP的多个不同平面中选取的第二截面中以及在垂直于第三方向DR的多个不同平面中选取的第三截面中具有三维曲率。该部件3沿着第三高度方向DE在该部件的主区域34的上方以金属叶片头部部分27b结束，金属叶片头部部分位于复合材料主体2的第一叶片头部边缘27的上游。
参照图5至图17，上游金属鼻部31在金属叶片头部部分27b上包括具有预定磨损部的一个或多个金属突出部5。具有预定磨损部的每个金属突出部5沿着第一纵向方向AX具有变窄的厚度EP5，并且沿着第三高度方向DR具有确定的非零高度H。具有预定磨损部的一个或多个金属突出部5由一个或多个凹槽4界定，一个或多个凹槽沿着第一纵向方向AX具有变窄的厚度，并且至少被布置在上游金属鼻部31的金属叶片头部部分27b上。具有预定磨损部的一个或多个金属突出部5被构造成在第二厚度方向EP上存在切向摩擦的情况下至少部分地与金属叶片头部部分27b脱离。一个或多个凹槽4以及具有预定磨损部的一个或多个金属突出部5在第一金属翅片32和/或第二金属翅片33和/或复合材料主体21的上游边缘22的上游延伸。因此，在突出部与位于风扇280的壳体300上的耐磨材料301过于明显接触的情况下，突出部5用作断裂部。具有预定破裂部的突出部5存在于叶片2的自接合部分中，即存在于如上所述的能够与风扇280的壳体300的耐磨材料301发生接触的一部分中。因此，在由于突出部与耐磨材料301接触而导致在金属叶片头部部分27b上产生显著的力的情况下，突出部5将部分地从叶片脱离，这使得能够直接地离开与耐磨材料301的接触，并且将避免自接合。突出部5的尺寸可以根据叶片的最接近耐磨材料301的部分的尺寸来确定。突出部5形成金属叶片头部部分27b的变薄部。
参照图5至图17，一个或多个凹槽4在主部分34上方具有确定的非零高度H，并且由过渡表面8向下界定，过渡表面将突出部5连接到主部分34，主部分的厚度EP34大于突出部5的厚度EP5。过渡表面8在第三高度方向DR上向上转动，并且例如可以具有斜坡破裂部9或脊部9，斜坡破裂部或脊部将过渡表面连接到主部分34和/或突出部5。
根据图5至图12的根据本发明的实施例，具有预定磨损部的金属突出部5的纵向地变窄的厚度EP5至少在从顶部开始的确定的高度H的一部分上是恒定的。因此，在叶片2的旋转期间，在开始自接合的情况下，具有预定磨损部的金属突出部5的高度的该部分在与风扇壳体300的耐磨材料301的摩擦期间不提供增大的阻力，并且更容易磨损，这降低了自接合的风险并且使得能够实现以上所述的第二目的。
在图5、图6以及图9中示出的本发明的实施例中，具有预定磨损部的金属突出部5的纵向地变窄的厚度EP5在整个确定的高度H上是恒定的。过渡表面8可以是平面的，并且例如垂直于突出部5。
在图7至图10中示出的本发明的实施例中，具有预定磨损部的金属突出部5的纵向地变窄的厚度EP5在高度H的上部分51上是恒定的。
过渡表面8在多个平面截面中可以是弯曲的(例如凹入的)，如在图7至图10中，这些平面截面是垂直于第一纵向方向AX选取的。过渡表面8可以形成倒角42和/或43或者向上转动的肩部42和/或43。
因此，在图4至图10中，可以提供由第一弯曲肩部42形成的第一凹槽4和/或由第二弯曲肩部43形成的第二凹槽4，第一弯曲肩部被连接到上游金属鼻部31的第一外弧侧面32b，第二弯曲肩部被连接到上游金属鼻部31的第二内弧侧面33b。
在未示出的其他实施例中，突出部5可以位于上游金属鼻部31的第一外弧侧面32b的一侧，在这种情况下，凹槽4位于上游金属鼻部31的第二内弧侧面33b的一侧。在未示出的其他实施例中，突出部5可以位于上游金属鼻部31的第二内弧侧面33b的一侧，在这种情况下，凹槽4位于上游金属鼻部31的第一外弧侧面32b的一侧。
在图5至图17中示出的本发明的实施例中，具有预定磨损部的金属突出部5的纵向地变窄的厚度EP5在上游金属鼻部31的沿着纵向方向AX的长度的主要部分311上是恒定的。例如，上游金属鼻部31的沿着纵向方向AX的长度的主要部分311表示上游金属鼻部31的沿着纵向方向AX的长度的至少50％。上游金属鼻部31的沿着纵向方向AX的长度被选取在前缘30与上游边缘22之间、或前缘30与第一金属翅片32之间、或前缘30与第二金属翅片33之间。
在图9中示出的本发明的实施例中，金属叶片头部部分27b和/或具有预定磨损部的金属突出部5的厚度EP5沿着纵向方向AX在从上游到下游的方向上增大。一个或多个凹槽4由上游金属鼻部31的脊部9界定。由至少一个凹槽4相对于脊部9占据的厚度e1、e2在上游金属鼻部31的长度的主要部分311上沿着纵向方向AX在从上游到下游的方向上增大。因此，在厚度e1被选取在比厚度e2更上游处的情况下，得到e1<e2。主要部分311可以具有以上所提及的限定。
在图1至图17中示出的本发明的实施例中，复合材料主体2的第一叶片头部边缘27的另一个厚度可以在上游部分上(例如在该第一叶片头部边缘27的长度的沿着纵向方向AX选取的从上游边缘22开始的至少20％或至少50％上)沿着纵向方向AX在从上游到下游的方向上增大。该第一叶片头部边缘27的长度可以沿着纵向方向AX在复合材料主体20的上游边缘22与下游边缘23之间选取。
在图7、图9以及图10中示出的本发明的实施例中，由一个或多个凹槽4和突出部5相对于脊部9占据的确定的非零高度H、h1、h2在上游金属鼻部31的长度的主要部分311上沿着纵向方向AX在从上游到下游的方向上减小。因此，在高度h1被选取在比高度h2更上游处的情况下，得到h1＞h2。主要部分311可以具有以上所提及的限定。
在图11中示出的本发明的实施例中，具有预定磨损部的金属突出部5围绕一个或多个凹槽4。突出部5包括两个第一纵向变窄部分51和第二纵向变窄部分52，第一纵向变窄部分和第二纵向变窄部分分别在上游金属鼻部31的第一外弧侧面32b以及上游金属鼻部31的第二内弧侧面33b的高度方向DR上延伸。凹槽4被界定在纵向变窄部分51和52之间，并且在位于这些纵向变窄部分51和52之间的底部40的上方。这使得能够保持叶片的空气动力学轮廓，从而使外表面不变。凹槽4可以是能够通过机加工制成的中空部。
在图12至图17中示出的本发明的实施例中，叶片头部边缘27包括具有预定磨损部的另一个突出部6(或具有预定磨损部的第二突出部6)，具有预定磨损部的另一个突出部沿着纵向方向AX具有变窄的厚度，并且沿着纵向方向AX在具有预定磨损部的金属突出部5(或具有预定磨损部的第一金属突出部5)的下游延伸。因此，具有预定磨损部的另一个突出部6由叶片2的主体20的复合材料制成。另一个突出部6形成叶片头部边缘27的变薄部。因此，在另一个突出部6与位于风扇280的壳体300上的耐磨材料301过于明显接触接触的情况下，另一个突出部6用作断裂部。具有预定破裂部的另一个突出部6存在于叶片2的自接合部分中，即存在于如上所述的能够与风扇280的壳体300的耐磨材料301发生接触的一部分中。因此，在由于另一个突出部与耐磨材料301接触而导致在叶片头部边缘27上产生显著的力的情况下，另一个突出部6将部分地从叶片脱离，这使得能够直接地离开与耐磨材料301的接触，并且将避免自接合。另一个突出部6的尺寸可以根据叶片的最接近耐磨材料301的部分的尺寸来确定。
具有预定磨损部的另一个突出部6可以由倒角61界定，倒角沿着纵向方向AX延伸并且被连接到内弧部25(或者在未示出的其他实施例中被连接到外弧部24)，如在图12、图13以及图14至图17中示出。倒角61可以是平面的。
另一个突出部6可以以平面表面62向上结束，该平面表面沿着纵向方向AX变窄，并且具有非零厚度EP62，如在图12以及图15至图17中示出。
倒角61可以在叶片头部边缘27的长度的从叶片头部边缘的上游边缘22开始的一部分上延伸以形成局部倒角61，如在图17中示出(在图17中未示出粘合剂层7)。
另一个突出部6可以以脊部63向上结束，该脊部沿着纵向方向AX延伸，并且具有零厚度，如在图13中示出。
另一个突出部6可以以圆形边缘64向上结束，该圆形边缘沿着纵向方向AX延伸，并且被连接到内弧部25和外弧部24，如在图14中示出。圆形边缘64在横向于方向AX的多个不同的平面中的曲率半径小于内弧部25和外弧部24的曲率半径。
当然，以上描述的实施例、特征、可能实施方式以及示例可以彼此组合或彼此独立地选择。

Claims (13)

1.一种旋转涡轮机风扇叶片(2)，所述叶片(2)包括：
主体(20)，所述主体由复合材料制成，所述主体具有：上游边缘(22)和下游边缘(23)，外弧部(24)和内弧部(25)以及叶片根部(26)和叶片头部边缘(27)，所述主体(20)沿着第一纵向方向(AX)在所述上游边缘与所述下游边缘之间延伸；所述主体(20)沿着第二厚度方向(EP)在所述外弧部与所述内弧部之间延伸，所述第二厚度方向横向于所述第一方向(AX)；所述主体(20)沿着第三高度方向(DR)在所述叶片根部与所述叶片头部边缘之间延伸，所述第三高度方向横向于所述第一方向和所述第二方向(AX，EP)，所述叶片根部(26)具有附接在纵向旋转风扇毂部(250)上的功能，
金属加强部件(3)，所述金属加强部件包括：上游金属鼻部(31)，第一金属翅片(32)以及第二金属翅片(33)，所述上游金属鼻部形成所述叶片的前缘(30)，并且被固定到所述上游边缘(22)；所述第一金属翅片被连接在所述上游金属鼻部(31)的第一外弧侧面(32b)的下游，并且被固定到所述外弧部(24)的上游部分(28)；所述第二金属翅片被连接在所述上游金属鼻部(31)的第二内弧侧面(33b)的下游，并且被固定到所述内弧部(25)的上游部分(29)，所述上游金属鼻部(31)具有位于所述叶片头部边缘(27)的上游处的金属叶片头部部分(27b)，
所述叶片的特征在于，
所述上游金属鼻部(31)至少在所述金属叶片头部部分(27b)上包括至少一个凹槽(4)，所述至少一个凹槽具有纵向地变窄的厚度(AX)，并且在所述金属叶片头部部分(27b)上沿着所述第三高度方向(DR)开口，
所述至少一个凹槽(4)在所述金属叶片头部部分(27b)上沿着所述第三高度方向(DR)在确定的非零高度(H)上界定了至少一个具有预定磨损部的金属突出部(5)，所述至少一个具有预定磨损部的金属突出部在所述上游金属鼻部(31)的沿着所述第一纵向方向(AX)的长度的主要部分(311)上具有纵向地变窄(AX)的厚度(EP5)，并且被构造成在所述第二厚度方向(EP)上存在切向摩擦的情况下与所述金属叶片头部部分(27b)至少部分地脱离，
所述至少一个凹槽(4)和所述至少一个具有预定磨损部的金属突出部(5)在所述第一纵向方向(AX)上在所述第一金属翅片(32)和/或所述第二金属翅片(33)和/或由复合材料制成的所述主体(20)的上游边缘(22)的上游延伸。
2.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述具有预定磨损部的金属突出部(5)的纵向地变窄(AX)的厚度(EP5)至少在所述确定的非零高度(H)的一部分(51，H)上是恒定的。
3.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述具有预定磨损部的金属突出部(5)的纵向地变窄(AX)的厚度(EP5)在所述上游金属鼻部(31)的长度的主要部分(311)上是恒定的。
4.根据前述权利要求中任一项所述的叶片，其特征在于，所述金属叶片头部部分(27b)的厚度(EP5)从上游到下游增大，所述至少一个凹槽(4)由所述上游金属鼻部(31)的脊部(9)界定，其中，由所述至少一个凹槽(4)相对于所述脊部(9)占据的厚度(e1，e2)在所述上游金属鼻部(31)的长度的主要部分(311)上从上游到下游增大。
5.根据前述权利要求中任一项所述的叶片，其特征在于，所述金属叶片头部部分(27b)的厚度从上游到下游增大，所述至少一个凹槽(4)由所述上游金属鼻部(31)的脊部(9)界定，其中，由所述至少一个凹槽(4)相对于所述脊部(9)占据的所述确定的非零高度(H，h1，h2)在所述上游金属鼻部(31)的长度的主要部分(311)上从上游到下游减小。
6.根据前述权利要求中任一项所述的叶片，其特征在于，所述至少一个凹槽(4)由至少一个肩部(42)形成，所述至少一个肩部被连接到所述上游金属鼻部(31)的第一外弧侧面(32b)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的叶片，其特征在于，所述至少一个凹槽(4)由肩部(43)形成，所述肩部被连接到所述上游金属鼻部(31)的第二内弧侧面(33b)。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的叶片，其特征在于，所述上游金属鼻部(31)包括凹槽(4)，所述凹槽为至少第一凹槽(42)和至少第二凹槽(43)，所述第一凹槽由第一肩部(42)形成，所述第一肩部被连接到所述上游金属鼻部(31)的所述第一外弧侧面(32b)，所述第二凹槽由第二肩部形成，所述第二肩部被连接到所述上游金属鼻部(31)的所述第二内弧侧面(33b)。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的叶片，其特征在于，所述肩部(42，43)是弯曲的。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的叶片，其特征在于，所述具有预定磨损部的金属突出部(5)围绕所述至少一个凹槽(4)。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的叶片，其特征在于，所述叶片头部边缘(27)包括另一个具有预定磨损部的金属突出部(6)，所述另一个具有预定磨损部的金属突出部具有纵向地变窄的厚度(AX)，并且对所述至少一个具有预定磨损部的金属突出部(5)加以延伸。
12.一种旋转涡轮机风扇(280)，所述旋转涡轮机风扇包括纵向旋转风扇毂部(250)以及多个根据前述权利要求中任一项所述的叶片(2)，多个叶片通过所述多个叶片的叶片根部(26)固定到所述纵向旋转风扇毂部(250)。
13.一种涡轮机(1)，所述涡轮机包括根据权利要求12所述的旋转风扇(280)以及在所述风扇(280)的下游的低压压缩机(CBP1)、高压压缩机(CHP1)、燃烧室(160)、高压涡轮(THP1)以及低压涡轮(TBP1)。
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