CN116292398A - 具有微细杆的可旋转翼型部件 - Google Patents

具有微细杆的可旋转翼型部件 Download PDF

Info

Publication number
CN116292398A
CN116292398A CN202211410473.XA CN202211410473A CN116292398A CN 116292398 A CN116292398 A CN 116292398A CN 202211410473 A CN202211410473 A CN 202211410473A CN 116292398 A CN116292398 A CN 116292398A
Authority
CN
China
Prior art keywords
airfoil component
airfoil
apex
component
arms
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211410473.XA
Other languages
English (en)
Inventor
A·科克伦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce PLC
Original Assignee
Rolls Royce PLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rolls Royce PLC filed Critical Rolls Royce PLC
Publication of CN116292398A publication Critical patent/CN116292398A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/147—Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/38—Blades
    • F04D29/388—Blades characterised by construction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/24—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in at least three directions forming a three dimensional structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/26—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • B32B3/266—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by an apertured layer, the apertures going through the whole thickness of the layer, e.g. expanded metal, perforated layer, slit layer regular cells B32B3/12
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/26—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it also being fibrous or filamentary
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/04—Interconnection of layers
    • B32B7/08—Interconnection of layers by mechanical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C11/00—Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
    • B64C11/16—Blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C11/00—Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
    • B64C11/16—Blades
    • B64C11/20—Constructional features
    • B64C11/205—Constructional features for protecting blades, e.g. coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C11/00—Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
    • B64C11/16—Blades
    • B64C11/20—Constructional features
    • B64C11/26—Fabricated blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/32—Rotors
    • B64C27/46—Blades
    • B64C27/473—Constructional features
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/282—Selecting composite materials, e.g. blades with reinforcing filaments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/065—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D1/0675—Rotors characterised by their construction elements of the blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/02—Composition of the impregnated, bonded or embedded layer
    • B32B2260/021—Fibrous or filamentary layer
    • B32B2260/023—Two or more layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/04—Impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/046—Synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/106—Carbon fibres, e.g. graphite fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2603/00—Vanes, blades, propellers, rotors with blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/32—Rotors
    • B64C27/46—Blades
    • B64C27/473—Constructional features
    • B64C2027/4733—Rotor blades substantially made from particular materials
    • B64C2027/4736—Rotor blades substantially made from particular materials from composite materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/21—Rotors for wind turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2250/00—Geometry
    • F05B2250/10—Geometry two-dimensional
    • F05B2250/18—Geometry two-dimensional patterned
    • F05B2250/183—Geometry two-dimensional patterned zigzag
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
    • F05D2220/323—Application in turbines in gas turbines for aircraft propulsion, e.g. jet engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/36—Application in turbines specially adapted for the fan of turbofan engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/23—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/20—Rotors
    • F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/10—Two-dimensional
    • F05D2250/18—Two-dimensional patterned
    • F05D2250/183—Two-dimensional patterned zigzag
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/614—Fibres or filaments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/70—Treatment or modification of materials
    • F05D2300/702—Reinforcement
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

本公开涉及具有微细杆的可旋转翼型部件。一种翼型部件是由连续纤维增强聚合物复合材料形成的，该连续纤维增强聚合物复合材料通过固化沿着该翼型部件的径向和弦向延伸的所铺设的预浸料层而形成。该翼型部件还包括多个微细杆，该多个微细杆跨该翼型部件的层延伸以将这些层销钉固定在一起。该微细杆被布置成在该翼型部件的压力面和/或吸力面上形成V形的图案，该V形具有顶点和远离该顶点彼此成一角度延伸的两个臂。该V形(i)指向该翼型部件的径向内根部，使得该臂中的一个臂从该顶点朝向该翼型部件的前缘径向向外延伸，并且另一个臂从该顶点朝向该翼型部件的后缘径向向外延伸，或者(ii)指向该翼型部件的径向外尖端，使得该臂中的一个臂从该顶点朝向该翼型部件的后缘径向向内延伸，并且另一个臂从该顶点朝向该翼型部件的前缘径向向内延伸。

Description

具有微细杆的可旋转翼型部件
技术领域
本公开涉及一种转子的翼型部件，该翼型部件由连续纤维增强聚合物复合材料形成并且具有嵌入其中的微细杆的图案。
背景技术
由于例如鸟击类型事件，因此由连续纤维增强聚合物复合材料(诸如气体涡轮引擎风扇或压缩机叶片、风力涡轮机叶片、直升机转子叶片、螺旋桨等)形成的旋转翼型部件在操作期间暴露于很高的分层风险。大量分层可能导致结构刚度的损失和潜在的灾难性故障。微细杆通常用于增加复合层压板的抗分层性，因此延迟或阻止层压板中的层间裂纹的扩散。通常，它们由金属材料、碳、碳纤维增强树脂、玻璃、陶瓷材料或基于此类材料的复合材料形成。微细杆跨复合材料的层延伸以桥接层间裂纹并阻碍开口和滑动移位，显著增加了分层延展所需的能量。根据要求，微细杆可以嵌入复合材料中，使得它们垂直于复合材料的层，或者与该垂直方向成一角度。无论哪种方式，由于微细杆跨层延伸，因此微细杆进入生长的层间裂纹的尾迹以施加桥接动作，直到其破裂或从嵌入的复合层压板中完全拉出为止。因此，可以减少由影响复合层压板和它们形成的部件的进行中事件引起的损坏，从而降低灾难性故障的风险。
英国专利申请GB 2539249 A、美国专利申请US 2018/0141287和美国专利US10307973公开了将微细杆插入复合材料部件的方法，并且英国专利申请GB 2542893 A和美国专利US 10578115公开了用微细杆增强的复合材料部件。
常规地，将微细杆嵌入可能需要数以万计的微细杆以实现它们抗分层功能的图案中。嵌入如此数量的微细杆需要大量的制造时间并且增加了每个部件的成本。此外，尽管包括大量微细杆，但微细杆的常规图案并不能始终确保可靠的抗分层性能。
因此，期望提供一种复合材料转子翼型部件，该复合材料转子翼型部件具有通过嵌入到部件结构中的微细杆图案实现的增强而可靠的抗分层性，该图案制造起来既节省成本又节省时间。
本公开是鉴于上述考虑而设计的。
发明内容
在第一方面，本公开提供了一种转子的翼型部件，该翼型部件由连续纤维增强聚合物复合材料形成，该连续纤维增强聚合物复合材料通过固化沿该翼型部件的径向和弦向延伸的所铺设的预浸料层而形成，该翼型部件还包括多个微细杆，该多个微细杆跨该翼型部件的层延伸以将这些层销钉固定在一起，其中：
该微细杆被布置成在该翼型部件的压力面和/或吸力面上形成V形的图案，该V形具有顶点和远离该顶点彼此成一角度延伸的两个臂，并且该V形(i)指向该翼型部件的径向内根部，使得该臂中的一个臂从该顶点朝向该翼型部件的前缘径向向外延伸，并且另一个臂从该顶点朝向该翼型部件的后缘径向向外延伸，或者(ii)指向该翼型部件的径向外尖端，使得该臂中的一个臂从该顶点朝向该翼型部件的后缘径向向内延伸，并且另一个臂从该顶点朝向该翼型部件的前缘径向向内延伸。
有利地，根据选项(i)的V形图案可以引导最初从翼型部件的根部穿过该翼型部件延伸到其尖端的分层远离叶片的核心并且朝向该部件的前缘和后缘。使叶片的核心受到保护很重要，即使以叶片的周边边缘的可能分层为代价，因为叶片核心形成主质量，因此形成叶片的结构完整性。此外，叶片核心的刚度决定了叶片的较低阶共振频率，这些共振频率很大程度上尽可能地保持恒定，即使在(例如)撞击事件(诸如鸟击)之后亦如此。V形图案是通过对沿径向延伸的持续分层提供高度抗分层的屏障，而朝向前缘和后缘提供抗分层性较差的屏障来实现这一目标的。类似地，根据选项(ii)的V形图案可以引导最初从翼型部件的尖端穿过该翼型部件延伸到其根部的分层朝向该部件的前缘和后缘。此外，V形图案可以使用比常规图案显著更少的微细杆实现这种效果。
在第二方面，本公开提供了一种形成第一方面的翼型部件的方法，该方法包括：
提供纤维增强聚合物前体的所铺设的预浸料层，该层沿该翼型部件的径向和弦向延伸；
在该预浸料层中形成跨该层的平面延伸的导向孔，该导向孔在该翼型部件的压力面和/或吸力面上形成V形图案，该V形具有顶点和远离该顶点彼此成一角度延伸的两个臂，其中：该V形(i)指向该翼型部件的根部，使得该臂中的一个臂从该顶点朝向该翼型部件的前缘径向向外延伸，并且另一个臂从该顶点朝向该翼型部件的后缘径向向外延伸，或者(ii)指向该翼型部件的尖端，使得该臂中的一个臂从该顶点朝向该翼型部件的后缘径向向内延伸，并且另一个臂从该顶点朝向该翼型部件的前缘径向向内延伸；以及
例如使用位于每个导向孔中的中空针作为每个微细杆的插入导件来将该微细杆插入导向孔中。
该方法还可以包括固化(通常通过施加热量和压力)包含插入的微细杆的预浸料层的后续步骤。
现在将阐述本公开的可选特征部。这些特征部可单独地或以与本公开的任何方面的任意组合应用。
该V形的臂中的至少一个臂可以完全延伸到前缘或完全延伸到后缘。有利地，因此可以将分层直接引导到部件的前缘或后缘，从而降低翼型部件的中心核心内分层的风险，以保持可接受的结构完整性和振动频率。
V形的两个臂均可以完全延伸到前缘并且完全延伸到后缘。
V形的臂可以在顶点处形成它们之间的角度，该角度为20°或更大，并且优选地为40°或更大，或60°或更大。
V形的臂可以在顶点处形成它们之间的角度，该角度为160°或更小，并且优选地为140°或更小，或120°或更小。
呈V形的微细杆在压力面和/或吸力面上的面密度可以是0.5％或更大，并且优选地为1％或更大，或2％或更大。
呈V形的微细杆在压力面和/或吸力面上的面密度可以是10％或更小，并且优选地为8％或更小，或6％或更小。
每个微细杆的横截面积可以是0.008mm2或更大，并且优选地为0.04mm2或更大，或0.1mm2或更大。
每个微细杆的横截面积可以是7mm2或更小，并且优选地为4mm2或更小，或2mm2或更小。
V形的压力面和/或吸力面上的每个臂的宽度可以是部件径向跨度的1％或更大，并且优选地为5％或更大。
V形的压力面和/或吸力面上的每个臂的宽度可以是部件径向跨度的20％或更小，并且优选地为15％或更小。
该微细杆被布置成在该翼型部件的压力面和/或吸力面上形成多个嵌套式V形的图案。这种图案可以为防止分层生长穿过部件提供额外保护。
该翼型部件可以是气体涡轮风扇叶片、气体涡轮压缩机叶片、风力涡轮机叶片、螺旋桨叶片或直升机转子叶片。
在第三方面，本公开提供了一种气体涡轮引擎，该气体涡轮引擎具有包括一排周向叶片的推进式风扇或压缩机，每个叶片是第一方面的翼型部件。
如本文其他地方所述，该气体涡轮引擎可包括齿轮箱，该齿轮箱接收来自芯轴的输入并将驱动输出至风扇，以便以比芯轴低的旋转速度来驱动风扇。至齿轮箱的输入可直接来自芯轴或者间接地来自芯轴，例如经由正齿轮轴和/或齿轮。芯轴可将涡轮和压缩机刚性地连接，使得涡轮和压缩机以相同的速度旋转(其中，风扇以更低的速度旋转)。
如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮引擎可具有任何合适的通用架构。例如，气体涡轮引擎可具有将涡轮和压缩机连接的任何所需数量的轴，例如一个轴、两个轴或三个轴。仅以举例的方式，连接到芯轴的涡轮可以是第一涡轮，连接到芯轴的压缩机可以是第一压缩机，并且芯轴可以是第一芯轴。该引擎核心还可包括第二涡轮、第二压缩机和将第二涡轮连接到第二压缩机的第二芯轴。该第二涡轮、第二压缩机和第二芯轴可被布置成以比第一芯轴高的旋转速度旋转。
在此类布置结构中，第二压缩机可轴向定位在第一压缩机的下游。该第二压缩机可被布置成(例如直接接收，例如经由大致环形的导管)从第一压缩机接收流。
齿轮箱可被布置成由被构造成(例如在使用中)以最低旋转速度旋转的芯轴(例如上述示例中的第一芯轴)来驱动。例如，该齿轮箱可被布置成仅由被构造成(例如在使用中)以最低旋转速度旋转的芯轴(例如，在上面的示例中，仅第一芯轴，而不是第二芯轴)来驱动。另选地，该齿轮箱可被布置成由任何一个或多个轴驱动，该任何一个或多个轴例如为上述示例中的第一轴和/或第二轴。
该齿轮箱可以是减速齿轮箱(因为至风扇的输出比来自芯轴的输入的旋转速率低)。可以使用任何类型的齿轮箱。例如，齿轮箱可以是“行星式”或“恒星”齿轮箱，如本文别处更详细地描述。该齿轮箱可以具有任何期望的减速比(定义为输入轴的旋转速度除以输出轴的旋转速度)，例如大于2.5，例如在3到4.2、或3.2到3.8的范围内，例如，大约或至少3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4、4.1或4.2。例如，齿轮传动比可以介于前一句中的任何两个值之间。仅以举例的方式，齿轮箱可以是“恒星”齿轮箱，其具有在3.1或3.2到3.8的范围内的齿轮传动比。在一些布置结构中，该齿轮传动比可在这些范围之外。
在如本文所述和/或所要求保护的任何气体涡轮引擎中，燃烧器可被轴向设置在风扇和压缩机的下游。例如，在提供第二压缩机的情况下，燃烧器可直接位于第二压缩机的下游(例如在其出口处)。以另一个示例的方式，在提供第二涡轮的情况下，可将燃烧器出口处的流提供至第二涡轮的入口。该燃烧器可设置在涡轮的上游。
该压缩机或每个压缩机(例如，如上所述的第一压缩机和第二压缩机)可包括任何数量的级，例如多个级。每一级可包括一排转子叶片和一排定子轮叶，该排定子轮叶可为可变定子轮叶(因为该排定子轮叶的入射角可以是可变的)。该排转子叶片和该排定子轮叶可彼此轴向偏移。
该涡轮或每个涡轮(例如，如上所述的第一涡轮和第二涡轮)可包括任何数量的级，例如多个级。每一级可包括一排转子叶片和一排定子轮叶。该排转子叶片和该排定子轮叶可彼此轴向偏移。
每个风扇叶片可被限定为具有径向跨度，该径向跨度从径向内部气体洗涤位置或0％跨度位置处的根部(或毂部)延伸到100％跨度位置处的尖端。该毂部处的风扇叶片的半径与尖端处的风扇叶片的半径的比率可小于(或大约为)以下中的任何一个：0.4、0.39、0.38、0.37、0.36、0.35、0.34、0.33、0.32、0.31、0.3、0.29、0.28、0.27、0.26或0.25。该毂部处的风扇叶片的半径与尖端处的风扇叶片的半径的比率可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)，例如，在0.28到0.32的范围内。这些比率通常可称为毂部-尖端比率。毂部处的半径和尖端处的半径都可以在叶片的前缘(或轴向最前)部分处测量。当然，毂部-尖端比率指的是风扇叶片的气体洗涤部分，即径向地在任何平台外部的部分。
可在引擎中心线和风扇叶片的前缘处的尖端之间测量该风扇的半径。风扇直径(可能只是风扇半径的两倍)可大于(或大约为)下述尺寸中的任何一个：220cm、230cm、240cm、250cm(约100英寸)、260cm、270cm(约105英寸)、280cm(约110英寸)、290cm(约115英寸)、300cm(约120英寸)、310cm、320cm(约125英寸)、330cm(约130英寸)、340cm(约135英寸)、350cm、360cm(约140英寸)、370cm(约145英寸)、380cm(约150英寸)、390cm(约155英寸)、400cm、410cm(约160英寸)或420cm(约165英寸)。风扇直径可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)，例如在240cm至280cm或330cm至380cm的范围内。
风扇的旋转速度可以在使用中变化。一般来讲，对于具有较大直径的风扇，旋转速度较低。仅以非限制性示例的方式，风扇在巡航条件下的旋转速度可小于2500rpm，例如小于2300rpm。仅以另外的非限制性示例的方式，对于风扇直径在220cm至300cm(例如240cm至280cm或250cm至270cm)范围内的引擎，在巡航条件下风扇的旋转速度可在1700rpm至2500rpm的范围内，例如在1800rpm至2300rpm的范围内，例如在1900rpm至2100rpm的范围内。仅以另外的非限制性示例的方式，对于风扇直径在330cm至380cm范围内的引擎，在巡航条件下风扇的旋转速度可在1200rpm至2000rpm的范围内，例如在1300rpm至1800rpm的范围内、例如在1400rpm至1800rpm的范围内。
在使用气体涡轮引擎时，(具有相关联的风扇叶片的)风扇围绕旋转轴线旋转。该旋转导致风扇叶片的尖端以速度Utip移动。风扇叶片13对流所做的功导致流的焓升dH。风扇尖端负载可被定义为dH/Utip2，其中dH是跨风扇的焓升(例如1-D平均焓升)，并且Utip是风扇尖端的(平移)速度，例如在尖端的前缘处(可被定义为前缘处的风扇尖端半径乘以角速度)。巡航条件下的风扇尖端负载可大于(或大约为)以下中的任何一个：0.28、0.29、0.30、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39或0.4(所有值都是无量纲的)。风扇尖端负载可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)，例如在0.28至0.31或0.29至0.3的范围内。
本文描述和/或受权利要求书保护的风扇叶片和/或风扇叶片的翼面部分可以至少部分地由复合材料制成，例如有机基质复合材料，诸如碳纤维。然而，风扇叶片和/或翼面的至少一部分可以至少部分地由金属制成，该金属为诸如基于钛的金属或基于铝的材料(诸如铝锂合金)或基于钢的材料。风扇叶片可包括使用不同材料制造的至少两个区域。例如，风扇叶片可具有保护性前缘，该保护性前缘可使用比叶片的其余部分更好地抵抗(例如，来自鸟类、冰或其他材料的)冲击的材料来制造。此类前缘可以例如使用钛或基于钛的合金来制造。因此，仅以举例的方式，该风扇叶片可具有带钛前缘的碳纤维。
如本文所述和/或所要求保护的风扇可包括中央部分，风扇叶片可从该中央部分例如在径向上延伸。该风扇叶片可以任何期望的方式附接到中央部分。例如，每个风扇叶片可包括固定件，该固定件可与毂部(或盘状部)中的对应狭槽接合。仅以举例的方式，此类固定件可以是燕尾形式的，其可以插入和/或接合毂部/盘状部中对应的狭槽，以便将风扇叶片固定到毂部/盘状部。以另外的示例的方式，该风扇叶片可与中央部分一体地形成。此类布置结构可以称为叶片盘状部或叶片环。可以使用任何合适的方法来制造此类叶片盘状部或叶片环。例如，风扇叶片的至少一部分可由块状物来加工而成，以及/或者风扇叶片的至少部分可通过焊接(诸如线性摩擦焊接)来附接到毂部/盘状部。
技术人员将理解，除非相互排斥，否则关于任何一个上述方面描述的特征或参数可应用于任何其他方面。此外，除非相互排斥，否则本文中描述的任何特征或参数可应用于任何方面以及/或者与本文中描述的任何其他特征或参数组合。
附图说明
现在将参考附图讨论示出本公开的原理的实施方案，其中：
图1是气体涡轮引擎的截面侧视图；
图2是气体涡轮引擎的上游部分的特写截面侧视图；
图3是用于气体涡轮引擎的齿轮箱的局部剖视图；
图4示出了包括微细杆的经建模的简化可旋转翼型部件的压力面或吸力面的示意图，该微细杆被布置成下述图案：(A)双条带图案，(B)V形图案和(C)双V形图案；
图5至图7是穿过图4A至图4C的可旋转翼型部件的分层扩散的相应时间演化图；
图8示出了包括微细杆的经建模的简化可旋转翼型部件的压力面或吸力面的示意图，该微细杆被布置成指向翼型部件的根部的V形图案；
图9示出了包括微细杆的经建模的简化可旋转翼型部件的压力面或吸力面的示意图，该微细杆被布置成指向远离翼型部件的根部的V形图案；
图10示出了包括微细杆的经建模的简化可旋转翼型部件的压力面或吸力面的示意图，该微细杆被布置成指向远离翼型部件的根部的V形图案，其中V形的两个臂到达翼型部件的边缘；
图11示出了包括微细杆的经建模的简化可旋转翼型部件的压力面或吸力面的示意图，该微细杆被布置成指向翼型部件的根部的V形图案，其中V形的仅一个臂到达翼型部件的边缘；
图12示出了包括微细杆的经建模的简化可旋转翼型部件的压力面或吸力面的示意图，该微细杆被布置成指向远离翼型部件的根部的双V形图案，其中一个V形的两个臂到达翼型部件的边缘，并且另一V形的两个臂未到达翼型部件的边缘；并且
图13示出了包括微细杆的经建模的简化可旋转翼型部件的压力面或吸力面的示意图，该微细杆被布置成指向远离翼型部件的根部的双V形图案，其中一个V形的一个臂朝向前缘延伸并到达该前缘，并且另一个臂朝向后缘延伸但未到达该后缘，并且另一V形的一个臂朝向后缘延伸并到达该后缘，并且另一个臂朝向前缘延伸但未到达该前缘。
具体实施方式
现在将参考附图讨论本公开的方面和实施方案。另外的方面和实施方案对于本领域的技术人员而言是显而易见的。本文中提及的所有文档均以引用方式并入本文。
图1示出了具有主旋转轴线9的气体涡轮引擎10。引擎10包括进气口12和推进式风扇23，该推进式风扇产生两股气流：核心气流A和旁路气流B。气体涡轮引擎10包括接收核心气流A的核心11。引擎核心11以轴流式串联包括低压压缩机14、高压压缩机15、燃烧设备16、高压涡轮17、低压涡轮19和核心排气喷嘴20。短舱21围绕气体涡轮引擎10并且限定旁路导管22和旁路排气喷嘴18。旁路气流B流过旁路导管22。风扇23经由轴26和周转齿轮箱30附接到低压涡轮19并由该低压涡轮驱动。
在使用中，核心气流A由低压压缩机14加速和压缩，并被引导至高压压缩机15中以进行进一步的压缩。从高压压缩机15排出的压缩空气被引导至燃烧设备16中，在该燃烧设备中压缩空气与燃料混合，并且混合物被燃烧。然后，所得的热燃烧产物在通过喷嘴20排出之前通过高压涡轮和低压涡轮17、19膨胀，从而驱动高压涡轮和低压涡轮以提供一些推进推力。高压涡轮17通过合适的互连轴27来驱动高压压缩机15。风扇23通常提供大部分推进推力。周转齿轮箱30是减速齿轮箱。
图2中示出了齿轮式风扇气体涡轮引擎10的示例性布置。低压涡轮19(参见图1)驱动轴26，该轴联接到周转齿轮布置结构30的太阳轮或太阳齿轮28。在太阳齿轮28的径向向外处并与该太阳齿轮相互啮合的是多个行星齿轮32，该多个行星齿轮通过行星架34联接在一起。行星架34约束行星齿轮32以同步地围绕太阳齿轮28进动，同时使每个行星齿轮32绕其自身轴线旋转。行星架34经由连杆36联接到风扇23，以便驱动该风扇围绕引擎轴线9旋转。在行星齿轮32的径向向外处并与该行星齿轮相互啮合的是齿圈或环形齿轮38，其经由连杆40联接到固定支撑结构24。
需注意，本文中使用的术语“低压涡轮”和“低压压缩机”可分别表示最低压力涡轮级和最低压力压缩机级(即，不包括风扇23)，和/或通过在引擎中具有最低旋转速度的互连轴26(即，不包括驱动风扇23的齿轮箱输出轴)连接在一起的涡轮级和压缩机级。在一些文献中，本文中提到的“低压涡轮”和“低压压缩机”可被另选地称为“中压涡轮”和“中压压缩机”。在使用此类另选命名的情况下，风扇23可被称为第一或最低压力的压缩级。
在图3中以举例的方式更详细地示出了周转齿轮箱30。太阳齿轮28、行星齿轮32和环形齿轮38中的每一者包括围绕其周边以用于与其他齿轮相互啮合的齿。然而，为清楚起见，图3中仅示出了齿的示例性部分。示出了四个行星齿轮32，但对本领域的技术人员显而易见的是，可以在受权利要求书保护的本公开的范围内提供更多或更少的行星齿轮32。行星式周转齿轮箱30的实际应用通常包括至少三个行星齿轮32。
在图2和图3中以举例的方式示出的周转齿轮箱30是行星式的，其中行星架34经由连杆36联接到输出轴，其中环形齿轮38被固定。然而，可使用任何其他合适类型的周转齿轮箱30。以另一个示例的方式，周转齿轮箱30可以是恒星布置结构，其中行星架34保持固定，允许环形齿轮(或齿圈)38旋转。在此类布置结构中，风扇23由环形齿轮38驱动。以另一个另选示例的方式，齿轮箱30可以是差速齿轮箱，其中环形齿轮38和行星架34均被允许旋转。
应当理解，图2和图3中所示的布置结构仅是示例性的，并且各种另选方案都在本公开的范围内。仅以举例的方式，可使用任何合适的布置结构来将齿轮箱30定位在引擎10中和/或用于将齿轮箱30连接到引擎10。以另一个示例的方式，齿轮箱30与引擎10的其他部件(诸如输入轴26、输出轴和固定结构24)之间的连接件(诸如图2示例中的连杆36、40)可具有任何期望程度的刚度或柔性。以另一个示例的方式，可使用引擎的旋转部件和固定部件之间(例如，在来自齿轮箱的输入轴和输出轴与固定结构诸如齿轮箱壳体之间)的轴承的任何合适的布置结构，并且本公开不限于图2的示例性布置结构。例如，在齿轮箱30具有恒星布置结构(如上所述)的情况下，技术人员将容易理解，输出连杆和支撑连杆以及轴承位置的布置结构通常不同于图2中以举例的方式示出的布置结构。
因此，本公开延伸到具有齿轮箱类型(例如恒星或行星齿轮)、支撑结构、输入和输出轴布置结构以及轴承位置中的任何布置结构的气体涡轮引擎。
可选地，齿轮箱可驱动附加的和/或另选的部件(例如，中压压缩机和/或增压压缩机)。
本公开可应用的其他气体涡轮引擎可具有另选配置。例如，此类引擎可具有另选数量的压缩机和/或涡轮和/或另选数量的互连轴。以另外的示例的方式，图1中所示的气体涡轮引擎具有分流喷嘴18、20，这意味着穿过旁路导管22的流具有自己的喷嘴18，该喷嘴与核心引擎喷嘴20分开并径向地在该核心引擎喷嘴的外部。然而，这不是限制性的，并且本公开的任何方面也可应用于如下引擎，在该引擎中，穿过旁路导管22的流和穿过核心11的流在可被称为混流喷嘴的单个喷嘴之前(或上游)混合或组合。一个或两个喷嘴(无论是混合的还是分流的)可具有固定的或可变的面积。虽然所描述的示例涉及涡轮风扇引擎，但是本公开可应用于例如任何类型的气体涡轮引擎，诸如开放式转子(其中风扇级未被短舱围绕)或例如涡轮螺旋桨引擎。在一些布置结构中，气体涡轮引擎10可不包括齿轮箱30。
气体涡轮引擎10的几何形状及其部件由传统的轴系限定，包括轴向方向(与旋转轴线9对准)、径向方向(在图1中从下到上的方向)和周向方向(垂直于图1视图中的页面)。轴向方向、径向方向和周向方向相互垂直。
图4A至图4C是经建模的简化可旋转翼型部件25(诸如图1至图3的引擎10中使用的气体涡轮风扇叶片或气体涡轮压缩机叶片)的不同型式的压力面或吸力面31的相应示意图。其他可能的翼型部件包括风力涡轮机叶片、螺旋桨叶片或直升机转子叶片。执行建模(下文讨论)以分析移动对象在每个表面31的区域41处的撞击的影响。夹紧区域33对应于翼型部件25的径向内根部。对部件进行建模以模拟通过固化沿着翼型部件的径向和弦向延伸的所铺设预浸料层而形成的连续纤维增强聚合物复合材料的性能。
经建模的简化部件25的长度为290mm，宽度为140mm，夹紧区域宽度为30mm。部件根部处的厚度为12mm，通过单侧层压板逐渐缩减，在尖端处逐渐缩减至9mm。
图4A示出了包括跨翼型部件25的层延伸以在表面31上形成双条带图案的微细杆的型式，该图案由微细杆的沿弦向(即，垂直于径向)从部件25的前缘延伸到后缘的两个径向间隔的直条37形成。
在图4A中，经建模的条带37各自具有19mm的宽度d，并且完全延伸到部件的前缘和后缘。两条带间隔19mm，其中条带的最接近根部的径向向内边缘与部件的底部(即，如图4A中绘制的左手侧)间隔114mm。每个条带具有面密度为2％、直径为0.28mm的微细杆，这些微细杆布置成正方形重复单元格的12×72阵列，这些单元格的侧面与部件的长度和宽度方向对准。
图4B示出了包括跨翼型部件25的层延伸以在表面31上形成V形图案39的微细杆的型式。该V形指向部件的夹紧根部33，使得其中一个臂从顶点完全径向向外延伸以与部件的前缘50相交，并且另一个臂从顶点完全径向向外延伸以与部件的后缘52相交。图4B中的V形图案39被构造成将从根部沿翼型部件25的径向方向延伸的分层朝向部件的前缘和后缘进行引导。这是通过提供高度抗分层路径来实现的，因为分层试图径向延展穿过微细杆，而朝向前缘和后缘提供抗分层性较差的路径。
在图4B中，建模的V形39的臂各自具有16.5mm的宽度d(沿着跨臂的最短距离测量，即，与部件的长度方向成一定角度)，并且它们完全延伸到部件的前缘和后缘。V形的顶点与部件的底部(即，如图4B中绘制的左手侧)间隔150mm。该V形具有面密度为2％、直径为0.28mm的微细杆，这些微细杆布置有与图4A的模型中所使用的相似或功能上等效的重复单元格。V形的臂之间的角度为120°。
图4C示出了布置成多个嵌套式V形的微细杆的型式。具体地，图4C中所示的部件25的示例性型式包括在表面31上以双V形图案跨翼型部件25的层延伸的微细杆。在图4C中，图案由两个径向间隔但嵌套的V形图案39形成，使得它们两者的顶点均指向夹紧根部33。相对于图6的单V形图案，双V形图案提高了微细杆可以延迟或阻止径向分层扩散穿过部件的可靠性。应当理解，可以添加更多的V形，以进一步提高微细杆可以延迟或阻止径向分层扩散穿过部件的可靠性，但这样做需要相应地增加用于增强部件25的微细杆的数量。
在图4C中，每个建模的V形39的臂各自具有12.4mm的宽度d(沿着跨臂的最短距离测量，即，与部件的长度方向成一定角度)，并且它们完全延伸到部件的前缘和后缘。沿部件的长度方向测量，两个V形间隔开19毫米(其等于沿宽度d方向测量间隔开16.5mm)，其中V形的最接近根部的顶点与部件的底部(即，如图4C中绘制的左手侧)间隔114mm。每个V形具有面密度为2％、直径为0.28mm的微细杆，这些微细杆布置有与图4A的模型中所使用的相似或功能上等效的重复单元格。每个V形的臂之间的角度为120°。
尽管图4B和图4C的V形指向翼型部件25的根部33，但在希望延迟或阻止从尖端延伸到根部的分层扩散的其他部件中，V形可以相反地指向部件的尖端，如将描述的。
更一般地，呈V形39的微细杆的面密度可以是0.5％或更大和/或10％或更小。图案中各个微细杆的横截面积可以是008mm2或更大和/或7mm2或更小。V形39的臂可以在顶点处形成它们之间的角度，该角度为20°或更大和/或160°或更小。V形的压力面和/或吸力面上的每个臂的宽度可以是5mm或更大和/或100mm或更小。
图5至图7示出了穿过图4A至图4C的可旋转翼型部件25的分层扩散的相应的建模时间演化图A到F。部件的分层可能是由以预定速度移动的某一对象(例如鸟)的撞击引起的。使用购自Ansys,Inc.的LS-DYNATM有限元程序进行建模。
在这些示例中，将撞击对象建模为平均质量为71.6g、平均冲击速度为165m/s的平滑粒子流体动力学(SPH)抛射体。撞击区域41位于靠近部件的尖端、压力面或吸力面31的右上角。该模型结合了值为0.4的基于质量的阻尼系数，并且将层间断裂韧度1.0N/mm和7.0N/mm分别赋予表面31的未经销钉固定区域和销钉固定区域。分层随时间的生长由表面31上的着色区域的增加范围表示，分层通常在靠近根部33的左下角处开始。分层的级别通过颜色编码来指示，其中未分层(0级)为无色的，完全分层(1级)为品红色和1，并且中间的级别根据示意图上方所提供的图例着色。
图5示出了具有微细杆的双条带图案的图4A的部件25的分层时间演化。双条带图案减慢了分层扩散，使得到撞击之后2.0ms时，分层仅扩散穿过部件25的约一半并且随后被图案阻止。然而，分层在2.0ms时已完全穿透第一条带的约50％，并且快要穿透第二条带。
图6示出了具有微细杆的单V形图案的图4B的部件25的分层时间演化。分层从根部33延展，直到其在0.7ms时与V形39相遇。然后，分层继续在V形的根侧上生长，但无法穿过V形，而是相反地被促进朝向部件的前缘和后缘生长。到初始撞击之后的10ms时，分层被阻止，分层区域被成功地包含在V形的根侧。
图7示出了具有微细杆的双V形图案的图4C的部件25的分层时间演化。这种图案也成功地阻止了分层的扩散。到初始撞击之后的10ms时，分层被停止，分层区域被促进朝向部件的前缘和后缘，并且被成功地包含在第一个V形39的根侧。这种图案为防止完全分层提供了附加保障，因为即使第一个V形被穿透，第二个V形也可以进一步延迟或阻止分层扩散。
与双条带图案相比，V形图案和双V形图案均表现出显著改善的抗分层性能。上文所述的实验和计算建模表明，相对于微细杆的简单直条和其他已知图案，将微细杆布置成V形可以提供类似程度的分层保护，但使用的微细杆减少了约40％。因此，V形能够实现微细杆保护的聚合物复合翼型部件的制造时间和成本的大幅减少。
图8和图9示出了部件25的型式，其中由微细杆形成的V形的一个臂从顶点朝向部件的前缘径向向外延伸，并且另一个臂从顶点朝向部件的后缘径向向外延伸。
图9中的V形图案39被构造成将沿着部件的核心从尖端沿翼型部件25的径向方向延伸的分层朝向部件的前缘和后缘进行引导。
图8和图9的部件25的示例性型式在期望使用最小数量的微细杆的情况下可为有用的，并且因此在分层对叶片的核心构成最大风险的情况下，使用V形图案将翼型部件25的最中心部分夹紧在一起。另选地，在将第二种抗分层方式结合到翼型件中前缘和后缘(诸如边缘盖)处的情况下，可以使用诸如图8和图9的示例中所示的型式，这意味着仅中心部分得益于使用微细杆。
在图10的部件25的示例性型式中，微细杆形成指向远离部件的夹紧根部33的V形。该V形被构造成使得其中一个臂从顶点完全径向向外延伸以与部件的前缘50相交，并且另一个臂从顶点完全径向向外延伸以与部件的后缘52相交。通过与图8和图9中所示的示例相比，图10的V形图案类似于图6的V形图案，其提供增加的抗分层性，但以添加更多的微细杆为代价。
图11示出了其中臂中的一个臂从顶点径向向外延伸直到与部件的前缘50相交，并且另一个臂从顶点朝向部件的后缘52径向向外延伸的型式。在预期沿着翼型部件的一个边缘比另一边缘更有可能进行分层的情况下，图11中的部件25的示例性型式可为有用的。例如，如果预期有更多的对象撞击翼型件，使得分层最有可能发生在前缘上，则可以将更多的微细杆部署到前缘，如图11所示，从而优化微细杆的使用，以通过使用最少的微细杆为防止分层提供最佳保护。
在图12和图13中所示部件25的示例性型式中，图案由两个径向间隔但嵌套的V形图案39形成，使得它们两者的顶点均指向远离夹紧根部33。在图12中，一个V形图案的臂朝向叶片的前缘50和后缘52延伸，而另一V形图案的臂到达叶片的前缘50和后缘52两者。在图13中，每个V形的一个臂朝向叶片的前缘50或后缘52延伸但不到达该前缘或后缘，并且另一个臂延伸到叶片的后缘52或前缘50并且到达该后缘或前缘。
具有图12中示出的微细杆的布置结构的型式分两个阶段将分层的蠕变从翼型部件的中间朝向前缘50和后缘52进行引导；首先利用V形将分层朝向边缘进行引导，但可以允许绕过V形，然后由具有臂的第二V形阻止，该臂直到翼型部件的前缘和后缘。在图12的示例性型式中，V形被布置成指向远离根部33，以便防止分层从尖端沿着翼型部件25朝向根部扩散，但应当理解，V形的顺序和方向可以颠倒，以便防止分层相反地从根部33扩散到翼型部件25上。
图13所示的由微细杆形成的V形的示例性布置结构是另一替代方案，实现了图4C和图7中所示的双V形图案的许多有益效果，但可以使用较少的微细杆来实现。在图13的示例性型式中，V形被布置成指向远离根部33，以便防止分层从尖端沿着翼型部件25朝向根部扩散，但应当理解，V形的顺序和方向可以颠倒，以便防止分层相反地从根部33扩散到翼型部件25上。
如前所述，应当理解，可以添加更多的V形，以进一步提高微细杆可以延迟或阻止径向分层扩散穿过部件的可靠性。此类多个V形可以根据预期操作条件、预测故障模式和/或用户的期望设计参数，由本公开中所描述V形的任何组合形成，包括其中两个臂朝向翼型部件的边缘延伸而不到达该边缘的V形，其中一个臂朝向翼型部件的边缘延伸而不到达该边缘并且另一个臂到达翼型部件的边缘的V形，以及其中两个臂均到达翼型部件的边缘的V形。
据设想，形成V形图案的微细杆可以由任何合适的增强材料制成，例如碳、玻璃、金属材料、陶瓷材料、塑料材料或基于此类材料的复合材料。
优选地，翼型部件25通过提供纤维增强聚合物前体的所铺设预浸料层来形成，这些层沿翼型部件的径向和弦向延伸。然后，在预浸料层中形成跨层的平面而延伸的导向孔。导向孔在翼型部件25的压力面和/或吸力面31上形成V形39图案，诸如图4B和图4C的V形图案。然后，通过将微细杆棒杆材料馈送到导向孔中而将微细杆插入到引导孔中，棒杆被裁切到某一长度并且夯实到与预成型件表面齐平。
然而，还设想到，可以通过任何合适的方法将微细杆插入铺设的预浸料层中，这些方法包括例如使用超声波锤或超声波枪的超声波辅助的微细杆插入方法。另一种选择是使用位于每个导向孔中的中空针作为每个微细杆的插入导件来将微细杆插入导向孔中。
在微细杆插入之后，将包含所插入微细杆的预浸料层固化以形成部件。
前述描述中、下述权利要求书中或附图中所公开的特征，或者以其特定形式或根据用于执行所公开功能的装置或用于获得所公开结果的方法或过程所表达的特征，可以根据需要单独地或以此类特征的任何组合用于实现其不同形式的公开内容。
虽然结合上述示例性实施方案描述了本公开，但是当给出本公开时，许多等同的修改和变型对于本领域的技术人员将是显而易见的。因此，上述本公开的示例性实施方案被认为是例示性的而非限制性的。在不脱离本公开的实质和范围的情况下，可以对所述实施方案作出各种改变。
为了避免任何疑问，本文所提供的任何理论解释都是为了提高读者的理解而提供的。发明人不希望受到任何这些理论解释的约束。
本文所用的任何章节标题仅用于组织结构的目的，并且不应被解释为限制所描述的主题。
本说明书通篇中，包括随后的权利要求，除非上下文另有要求，否则词语“包括”和“包含”以及诸如“包括”和“包括有”的变型将被理解为暗示包括所述整数或步骤或者整数或步骤组但不排除任何其他整数或步骤或者整数或步骤组。
必须注意，除非上下文另外明确规定，否则如说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括多个指代物。范围在本文中可以表示为从“约”一个特定值，和/或到“约”另一特定值。当表示这种范围时，另一实施方案包括从一个特定值和/或到另一特定值。类似地，当通过使用先行词“约”将值表示为近似值时，应当理解，该特定值形成另一实施方案。与数值有关的术语“约”是任选的并且意味着例如+/-10％。
应当理解，本发明不限于上述实施方案，并且在不脱离本文所述的概念的情况下并且在下文权利要求书的范围内可以进行各种修改和改进。

Claims (15)

1.一种转子的翼型部件，所述翼型部件由连续纤维增强聚合物复合材料形成，所述连续纤维增强聚合物复合材料通过固化沿所述翼型部件的径向和弦向延伸的所铺设的预浸料层而形成，所述翼型部件还包括多个微细杆，所述多个微细杆跨所述翼型部件的所述层延伸以将所述层销钉固定在一起，其中：
所述微细杆被布置成在所述翼型部件的压力面和/或吸力面上形成V形的图案，所述V形具有顶点和远离所述顶点彼此成一角度延伸的两个臂；并且
所述V形(i)指向所述翼型部件的径向内根部，使得所述臂中的一个臂从所述顶点朝向所述翼型部件的前缘径向向外延伸，并且另一个臂从所述顶点朝向所述翼型部件的后缘径向向外延伸，或者(ii)指向所述翼型部件的径向外尖端，使得所述臂中的一个臂从所述顶点朝向所述翼型部件的后缘径向向内延伸，并且另一个臂从所述顶点朝向所述翼型部件的前缘径向向内延伸。
2.根据权利要求1所述的翼型部件，其中所述臂中的至少一个臂完全延伸到所述前缘并且完全延伸到所述后缘。
3.根据权利要求1所述的翼型部件，其中两个臂均完全延伸到所述前缘并且完全延伸到所述后缘。
4.根据权利要求1所述的翼型部件，其中所述V形的所述臂在所述顶点处形成所述臂之间的角度为20°或更大。
5.根据权利要求1所述的翼型部件，其中所述V形的所述臂在所述顶点处形成所述臂之间的角度为160°或更小。
6.根据权利要求1所述的翼型部件，其中呈所述V形的所述微细杆在所述压力面和/或所述吸力面上的面密度为0.5％或更大。
7.根据权利要求1所述的翼型部件，其中呈所述V形的所述微细杆在所述压力面和/或所述吸力面上的所述面密度为10％或更小。
8.根据权利要求1所述的翼型部件，其中每个微细杆的横截面积为0.008mm2或更大。
9.根据权利要求1所述的翼型部件，其中每个微细杆的所述横截面积为7mm2或更小。
10.根据权利要求1所述的翼型部件，其中所述压力面和/或所述吸力面上的臂中的每个臂的宽度为部件径向跨度的1％或更大。
11.根据权利要求1所述的翼型部件，其中所述压力面和/或所述吸力面上的臂中的每个臂的所述宽度为所述部件径向跨度的20％或更小。
12.根据权利要求1所述的翼型部件，其中所述微细杆被布置成在所述翼型部件的所述压力面和/或所述吸力面上形成多个嵌套式V形的图案。
13.根据权利要求1所述的翼型部件，所述翼型部件为气体涡轮风扇叶片、气体涡轮压缩机叶片、风力涡轮机叶片、螺旋桨叶片或直升机转子叶片。
14.一种形成根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12或13中任一项所述的翼型部件的方法，所述方法包括：
提供纤维增强聚合物前体的所铺设的预浸料层，所述层沿所述翼型部件的径向和弦向延伸；
在所述预浸料层中形成跨所述层的平面延伸的导向孔，所述导向孔在所述翼型部件的所述压力面和/或所述吸力面上形成V形图案，所述V形具有顶点和远离所述顶点彼此成一角度延伸的两个臂，其中：所述V形(i)指向所述翼型部件的所述根部，使得所述臂中的一个臂从所述顶点朝向所述翼型部件的前缘径向向外延伸，并且另一个臂从所述顶点朝向所述翼型部件的后缘径向向外延伸，或者(ii)指向所述翼型部件的所述尖端，使得所述臂中的一个臂从所述顶点朝向所述翼型部件的后缘径向向内延伸，并且另一个臂从所述顶点朝向所述翼型部件的前缘径向向内延伸；以及
将所述微细杆插入所述导向孔中。
15.一种气体涡轮引擎，所述气体涡轮引擎具有包括一排周向叶片的推进式风扇或压缩机，每个叶片是根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12中任一项所述的翼型部件。
CN202211410473.XA 2021-12-14 2022-11-11 具有微细杆的可旋转翼型部件 Pending CN116292398A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB2118072.4 2021-12-14
GBGB2118072.4A GB202118072D0 (en) 2021-12-14 2021-12-14 A rotatable aerofoil component with z-pins

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116292398A true CN116292398A (zh) 2023-06-23

Family

ID=80079999

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211410473.XA Pending CN116292398A (zh) 2021-12-14 2022-11-11 具有微细杆的可旋转翼型部件

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230184116A1 (zh)
EP (1) EP4198263A1 (zh)
CN (1) CN116292398A (zh)
GB (1) GB202118072D0 (zh)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3764016A (en) * 1972-05-25 1973-10-09 Rbh Cybernetics Ltd Belt for picking up liquids
US8512853B2 (en) * 2007-07-31 2013-08-20 The Boeing Company Composite structure having reinforced core
GB201111598D0 (en) * 2011-07-07 2011-08-24 Rolls Royce Plc Layered composite component
GB201418581D0 (en) * 2014-10-20 2014-12-03 Rolls Royce Plc Composite component
GB2539249A (en) 2015-06-12 2016-12-14 Composite Tech And Applications Ltd Method of manufacturing a composite component
GB201510246D0 (en) 2015-06-12 2015-07-29 Rolls Royce Plc Method of manufacturing a composite component
GB201510247D0 (en) 2015-06-12 2015-07-29 Rolls Royce Plc Method of manufacturing a composite component
GB201515045D0 (en) 2015-08-25 2015-10-07 Rolls Royce Plc A composite component
GB2550393A (en) 2016-05-19 2017-11-22 Rolls Royce Plc A composite component
EP3533599B1 (en) * 2018-02-28 2023-04-05 Airbus Defence and Space GmbH Composite panel with reinforcing pins

Also Published As

Publication number Publication date
GB202118072D0 (en) 2022-01-26
EP4198263A1 (en) 2023-06-21
US20230184116A1 (en) 2023-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3382153B1 (en) Gas turbine engine fan blade
CN108425883B (zh) 燃气涡轮发动机风扇叶片
EP3070266B1 (en) Turbofan arrangement with blade channel variations
EP2599962B1 (en) Detuned vane airfoil assembly
EP3489461B1 (en) Gas turbine engine
CN110397504B (zh) 燃烧腔室布置和包括燃烧腔室布置的气体涡轮引擎
CN111173572A (zh) 转子叶片布置结构
US10697470B2 (en) Containment case trench filler layer and method of containing releasable components from rotatable machines
CN113446117A (zh) 高压力比气体涡轮引擎
EP3225852A1 (en) Gas turbine engine fan assembly
CN111266591A (zh) 制造齿轮箱的行星架的方法
US9752439B2 (en) Gas turbine engine airfoil
CN111472993B (zh) 风扇叶片
CN110953071A (zh) 短舱进气口
CN111720180A (zh) 用于气体涡轮引擎的声衬面板和安全壳
CN116292398A (zh) 具有微细杆的可旋转翼型部件
US10876412B2 (en) Gas turbine engine
US12018586B2 (en) Airfoil assembly with tensioned blade segments
US11954408B2 (en) Stacking of rotor blade aerofoil sections to adjust resonant frequencies
CN112368463A (zh) 翼型结构和用于燃气涡轮发动机的翼型结构的制造方法
CN111794811A (zh) 密封组件

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication