CN116710633A - 风扇叶片的纤维增强件中的纤维的混合 - Google Patents

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朱利安·保罗·施内德-迪埃-格罗斯
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Abstract

本发明涉及一种由复合材料制成的风扇叶片(3)，该风扇叶片的纤维增强件包括具有第一刚度的第一股线(12)、具有第二刚度的第二股线(13)以及具有小于第一刚度且大于第二刚度的第三刚度的第三股线(14)，该叶片包括第一部分(15)、第二部分(16)和第三部分(17)，该第一部分仅包括第一股线(12)，该第二部分仅包括第二股线(13)，该第三部分位于第一部分和第二部分(15，16)之间并包括第一股线、第二股线和第三股线(12，13，14)，在不同部分(15，16，17)之间的界面处存在性能的逐渐过渡。

Description

风扇叶片的纤维增强件中的纤维的混合
技术领域
本发明总体上涉及涡轮机的领域，并且更具体地，涉及这些涡轮机的风扇叶片以及风扇叶片的制造方法的领域。
本发明更具体地应用于由复合材料制成的风扇叶片以及该风扇叶片与主流的入口的相互作用。
背景技术
涡轮机叶片(特别是风扇叶片)承受大的机械应力和热应力，并且必须满足严格的重量和体积条件。因此，已经提出使用由复合材料制成的叶片，该叶片包括由聚合物基体致密化的纤维增强件，该叶片与具有同等推进特性的金属叶片相比更轻，并且具有令人满意的耐热性。
在发动机的认证和使用寿命期间，风扇叶片会受到鸟类和冰雹的侵袭。然而，根据对叶片进行撞击的对象的类型(特别是该对象的尺寸、该对象的质量)和风扇的类型(旋转的速度和叶片的数量)，损坏的开始和传播的有利区域是不同的。因此，风扇叶片的机械性能在叶片的设计阶段期间得到优化，以满足认证规则。
此外，当前的设计倾向于在前缘的区域、后缘的区域或甚至整个结构上减小由叶片的复合材料制成的结构的厚度，以改进空气动力学性能。在相同的材料和相同的堆叠规律下，叶片抵抗撞击的能力因此降低。
为了提高叶片对对象撞击的抵抗力，特别是叶片对对鸟类侵袭的抵抗力，已经提出将复合材料的纤维混合。例如，已经提出用玻璃纤维代替纤维增强件的一部分碳纤维，该纤维增强件形成由复合材料制成的叶片的后缘。这种混合使得能够改进叶片在被撞击时的性能。然而，考虑到叶片的可变厚度，纤维之间的性能转变的管理是复杂的，并且在碳/玻璃纤维界面处产生弱化区域。
发明内容
因此，本发明的一个目的是通过提出一种用于涡轮机的风扇叶片来克服上述缺点，该风扇叶片在被侵袭时的性能得到改进，而不会产生弱化区域。
本发明的另一个目的是改进由复合材料制成的包括由基体致密化的纤维增强件的叶片的混合，特别是以简单且有效的方式使性能变化梯度平滑，同时改进叶片在被侵袭的情况下的性能。
为此，根据第一方面，本发明提出了一种涡轮机风扇叶片，该涡轮机风扇叶片包括由复合材料制成的结构，该结构包括通过股线的三维编织获得的纤维增强件和基体，纤维增强件嵌入在该基体中。纤维增强件包括彼此不同的第一部分和第二部分，纤维增强件的股线包括由具有第一刚度的第一材料制成的第一股线，以及由与第一材料不同的第二材料制成的第二股线，该第二材料具有小于第一刚度的第二刚度。第一部分仅包括第一股线，第二部分仅包括第二股线。此外，纤维增强件还包括被定位在第一部分和第二部分之间的第三部分，第三部分同时包括第一股线、第二股线和第三股线，第三股线具有小于第一刚度且大于第二刚度的第三刚度。此外，在第三部分内，第一股线的体积密度从第一部分沿着第二部分的方向逐渐减小，第二股线的体积密度从第二部分沿着第一部分的方向逐渐减小。
根据第一方面的风扇叶片的一些优选但非限制性的特征是被单独采用或组合采用的以下特征：
-第三部分包括与第一部分接触的第一区部、与第二部分接触的第二区部以及在第一区部和第二区部之间延伸的中心区部，第一区部没有第二股线，并且第二区部没有第一股线；
-中心部件仅包括第三股线。
-风扇叶片包括第一区域，在该第一区域中，第二部分包括叶片的柄部和吸力侧壁，达到的高度介于翼型件的高度的0％至30％之间，第二部分在从上游限制部和下游限制部延伸的弦部分上，上游限制部以距叶片的前缘一距离延伸，该距离介于弦长的2％至10％之间，优选地约为7％，下游限制部以距叶片的后缘一距离延伸，该距离介于弦长的10％至60％之间，优选地约为55％；以及第三部分围绕第二部分，同时在第二部分的两侧在以下所述的弦长部分上延伸，该弦长部分约为弦长的5％；
-风扇叶片包括第二区域，在该第二区域中，第二部分包括叶片的前缘和压力侧壁，且第二部分在介于叶片的高度的40％至65％之间的高度和介于弦长的20％至40％之间，例如约为40％的弦部分上延伸；以及第三部分从前缘沿压力侧壁的方向延伸，同时在如下部分上围绕第二部分，该部分的长度等于弦长的50％；
-第二部分和第三部分各自在以下所述的厚度上延伸，该厚度等于纤维增强件的厚度的三分之一；
-风扇叶片包括第三区域，在该第三区域中，第二部分包括叶片的后缘，且第二部分在翼型件的高度的全部或部分上和最多等于弦长的10％的长度上；第三部分邻接第二部分，并且沿着第二部分在最多等于弦长的10％的长度上延伸；以及第二部分和第三部分各自在纤维增强件的整个厚度上延伸；
-第一股线、第二股线和第三股线包括被分布以形成经线列的经线股线；
-风扇叶片包括第四区域，在该第四区域中，第二部分包括叶片的尖端和后缘，且第二部分在最多等于叶片的高度的10％的高度和介于弦长的40％至100％之间的长度上；第三部分从叶片的尖端在第二部分的整个长度和最多等于叶片的高度的5％的高度上延伸；以及第二部分和第三部分各自在纤维增强件的整个厚度上延伸。
-其中，第一股线、第二股线和第三股线包括被分布以形成纬线行的纬线股线；
-纤维增强件包括仅一个第一部分、一个或多个第二部分以及一个或多个第三部分；
-第一股线的弹性模量介于240GPa至350GPa之间，优选地大于或等于250GPa，第一股线能够包括碳纤维；
-第二股线的弹性模量介于150GPa至190GPa之间，第二股线能够包括玻璃纤维或玄武岩纤维；和/或
-第三股线的弹性模量介于180至250GPa之间，第三股线能够包括芳族聚酰胺纤维。
根据第二方面，本发明涉及一种涡轮机风扇，该涡轮机风扇包括多个根据第一方面的风扇叶片。
根据第三方面，本发明提出了一种包括这种类型的风扇的涡轮机和包括这种涡轮机的飞行器。
根据第四方面，本发明提出了一种纤维增强件，该纤维增强件用于根据第一方面的风扇叶片。
附图说明
通过以下是纯说明性和非限制性的并且必须参照附图来阅读的说明，本发明的其它特征、目的和优点将被揭示，在附图中：
图1是示出了根据一个实施例的用于风扇叶片的纤维增强件的示例的示意图，该示意图示出了根据本发明的一个实施例的纤维增强件的纤维的包括一个透明区域(18)的多个潜在混合区域；
图2是纤维增强件沿着图1的平面A-A的截面视图；
图3是纤维增强件沿着图1的平面B-B的截面视图；
图4是以简化的方式示出了第一股线、第二股线和第三股线在根据本发明的纤维增强件的第三部分内混合的示例的示意图；以及
图5是根据本发明的包括叶片的风扇的示例性实施例的透视图。
在所有附图中，相似的元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
在本申请中，上游和下游参照风扇1中的气体穿过涡轮机的正常流动方向来限定。此外，风扇1的径向对称轴线X被称为风扇1的旋转轴线。轴向方向对应于风扇1的轴线X的方向，径向方向是垂直于该轴线并穿过该轴线的方向。
涡轮机风扇1包括风扇1盘2，该风扇盘承载与叶片间平台相关联的多个风扇1叶片3。
每个叶片3包括由复合材料制成的结构，该结构包括：通过三维编织获得的纤维增强件4；和基体，纤维增强件4嵌入在该基体中。
这种由复合材料制成的结构包括根部5、柄部6和具有空气动力学轮廓的翼型件7。根部5旨在使得叶片3能够附接到风扇盘2，并且为此在形成于盘2中的凹部的底部和凹部的跨度的出口之间延伸。具有空气动力学轮廓的翼型件7就其本身而言能够在涡轮机运行时布置在空气流中，以产生升力。最后，柄部6对应于翼型件7的区域20e，该区域在根部5和翼型件7之间延伸，即在跨度的出口和叶片3间平台之间延伸。因此，柄部6不被构造成延伸到空气流中。
叶片3还以本身已知的方式包括前缘8、后缘9、压力侧I壁和吸力侧E壁。前缘8被构造成面向进入到涡轮机中的气体流延伸。前缘对应于具有空气动力学轮廓的前部，该前部面向空气流并且将该流分成压力侧I流和吸力侧E流。后缘9就其本身而言对应于具有空气动力学轮廓的后部，在该后部，压力侧I流和吸力侧E流重新汇合。
最后，该结构由多个叶片部段3形成，多个叶片部段沿着相对于风扇1的旋转轴线X径向延伸的堆叠轴线从底部5堆叠。
在下文中，沿着堆叠轴线Z的距离将被指定为“高度”。因此，翼型件7的高度H对应于沿堆叠轴线Z的在该翼型件的与柄部6相交的下限制部10和该翼型件的尖端11之间的距离。翼型件7的高度H是在前缘8和翼型件7的下限制部10的交点处测量的。
纤维增强件4可以由纤维预制件形成为单件，该单件通过具有变化厚度的三维或多层编织获得。该纤维增强件包括经线股线和纬线股线，该经线股线和纬线股线可以特别地包括碳、玻璃、玄武岩和/或芳纶纤维。基体就其本身而言通常是聚合物基体，例如环氧树脂、双马来酰亚胺或聚酰亚胺。然后，叶片3借助于树脂转移模塑(Resin TransferMolding，RTM)或真空树脂转移模塑(Vacuum Resin Transfer Molding，VARRTM)类型的真空树脂注射方法通过模塑而形成。
图1示意性地示出了叶片3，为了获得根据本发明的由复合材料制成的风扇1叶片3，在注射树脂或通过基体致密化和可能的机加工之前，已经从三维编织的纤维预制件开始形成该叶片的纤维增强件4。三维编织的含义是，经线股线遵循卷绕轨迹，以将属于不同纬线股线层的纬线股线连接在一起，但未结合区域除外。应注意的是，三维编织(特别是具有互锁图案的三维编织)可以包括表面的2D编织。可以使用不同的三维编织图案，例如互锁图案、多缎面图案或多网格图案，如文献WO 2006/136755中特别描述的。
纤维增强件4的股线包括：
-由具有第一刚度的第一材料制成的第一股线12；
-由与第一材料不同的第二材料制成第二股线13，该第二材料具有小于第一刚度的第二刚度；以及
-由与第一材料和第二材料不同的第三材料制成的第三股线14。第三材料还具有大于第二刚度且小于第一刚度的第三刚度。
作为非限制性示例，第一股线12可以由刚度E(拉伸弹性模量或第一刚度)介于240GPa至350GPa之间的材料制成，第二股线13由刚度E(或第二刚度)介于150GPa至190GPa之间的材料制成，第三股线14由刚度E(或第三刚度)介于180GPa至250GPa之间的材料制成。第一刚度E的值和第二刚度E的值之间的因子(facteur)例如可以介于1.5至2之间。第一刚度E的值和第三刚度E的值之间的因子例如可以介于1.5至1.2之间。
作为示例，第一股线12可以由第一刚度E大于或等于250GPa的碳纤维制成，第二股线13由第二刚度E约为165GPa的玻璃纤维制成，第三股线14由第三刚度约为200GPa的芳族聚酰胺纤维制成。
第一股线的断裂伸长率可以介于1.5至大约2.5之间，例如约为2。第二股线的断裂伸长率可以介于大约4至大约6之间，例如约为5。第三股线的断裂伸长率可以介于大约2.5至大约3之间。通常，在股线过渡区域中，考虑沿一个方向在15毫米至20毫米上的最大30％的断裂伸长率损失梯度，和/或沿该方向或另一方向在15毫米至20毫米上的最大30％的断裂伸长率损失梯度。
第一股线12、第二股线13和第三股线14分布在纤维预制件中，以形成第一部分15、第二部分16和第三部分17，从而：
-第一部分15仅包括第一股线12；
-第二部分16与第一部分15分开且不同，并且仅包括第二股线13；以及
-第三部分17被定位在第一部分15和第二部分16之间，并且包括第三股线14。
此外，为了使第一部分15和第二部分16之间的性能梯度平滑，第三部分17除了包括第三股线14之外还包括第一股线12和第二股线13，要知道，在第三部分17内，第一股线12的体积密度从第一部分15沿着第二部分16的方向逐渐减小，第二股线13的体积密度从第二部分16沿着第一部分15的方向逐渐减小。
在一个实施例中，纤维增强件4包括仅一个第一部分15、一个或多个第二部分16以及一个或多个第三部分17。
可选地，纤维增强件4可以包括多个第二部分，多个第二部分彼此不同并且通过相关联的第三部分17与第一部分15两两分开。
更准确地，第一股线12具有例如大于250GPa的高弹性模量，并且第一股线的功能是使得能够满足叶片3的设计标准，特别是满足叶片3的频率状态。因此，第一部分15形成纤维增强件4的主要部分，特别是纤维增强件4的如下部分，该部分总体上包括叶片3的低而厚的部分(即叶片3的根部5、柄部6和翼型件7的下部分)，和叶片3的吸力侧E壁的主要部分，使得叶片3的固有频率较高。因此，这使得能够限制或至少分离叶片3的第一能量自然模式和发动机谐波之间的频率交点。
第二股线就其本身而言的刚度(弹性模量E)低于第一股线12的刚度(弹性模量E)，第二股线的功能是限制在对象(特别是鸟类)侵袭的过程中对叶片3的损坏的开始和传播。一个或多个第二部分16因此形成增强件4的在对象侵袭的情况下可能被强加载荷的一个或多个部分。典型地，并且如将在下文中详细描述的，在叶片3可能接收重型鸟类(“大型鸟类”)的撞击的情况下，第二部分16在前缘8的一部分(在叶片3的中心区部中，在距该叶片的下限制部10和距该叶片的尖端11一距离处并且在压力侧I上)(区域18)上延伸和/或在吸力侧E上在柄部6(区域19)处延伸。此外，当叶片3可能接收中等型鸟类的撞击时，第二部分16在后缘9的全部或部分(区域20)上和/或在叶片3尖端11(区域21)处在叶片3的整个厚度上延伸。当然，第二部分16可以在区域18-21的全部或部分上延伸。
一个或多个第三部分17在第一部分15和第二部分16之间延伸，并且被构造成用作第一部分15和第二部分16之间的界面，以限制由于材料的不连续性而引起的弱化。当纤维增强件4的股线在叶片3的第一部分15中仅包括第一股线12和在叶片3的第二部分16中仅包括第二股线13，并且第一部分15和第二部分16在增强件4中首尾相连时，由此获得的叶片3有效地使得能够避免在包括第二股线13的区域18-21中损坏叶片3。然而，申请人已经注意到以下事实：即在没有第三部分17的情况下，即通过在纤维增强件4的第一部分15和第二部分16之间的界面处突然引入第二股线13并同时消除第一股线12，所获得的叶片3在撞击的情况下有在该界面处被强烈损坏的风险，因为增强件4的两个部分11、12之间的界面由于材料性能的强不连续性而弱化。考虑到第一股线12的相应刚度和第二股线13的相应刚度之间的大差距，第一股线12和第二股线13的简单混合也不能使性能梯度能够充分平滑。因此，由于在第三部分17中引入第三股线14并且由于所述第三部分17中的第一股线12和第二股线13的体积密度的逐渐减小而实现了平滑。
因此，第三部分17使得在第一部分15的材料性能和第二部分16的材料性能之间能够进行平滑和规则的过渡。为此，第二股线13的体积密度在第三部分17内从第一部分15朝向第二部分16逐渐增加。因此，在第一部分15和第三部分17之间的界面处，第二股线13的体积密度为零，第三股线14的体积密度低，而第一股线12的体积密度非常高。另一方面，在第三部分17和第二部分16之间的界面处，第二股线13的体积密度非常高，而第一股线12的体积密度为零，第三股线14的体积密度低。
为了优化叶片3对对象撞击的抵抗力，除了在包括叶片3尖端11的区域21中，第二股线13是增强件4的经线股线(即，沿着叶片3部段的堆叠轴线Z延伸的股线)。事实上，在区域18-20中，损坏(或叶片3的断裂)在弦方向上开始，裂缝在径向方向上，因此增强件的强度必须在经线方向上增强。
另一方面，在包括叶片3尖端11的区域21中，第二股线13包括纬线股线。
在区域18中，第二部分16在前缘8处在以下所述的弦长部分上延伸，该弦长部分介于叶片3的总弦C的10％至50％之间。优选地，弦长部分C介于叶片3的总弦C的20％至40％之间，例如约为40％。对于叶片3的给定部段(因此对于堆叠轴线Z的给定点)，这里的弦C指的是将叶片3的前缘8连接到叶片3的后缘9的大体上轴向的直线段。
如前所述，第二部分16在叶片3的中心区部中仅在翼型件7的高度的一部分上延伸。在一个实施例中，第二部分16的下边缘在至少等于叶片7的高度H的10％的距离(从叶片3的下限制部10测量)处，优选地在大约等于该高度H的40％的距离处。此外，第二部分16的上边缘在最多等于翼型件7的高度H的70％的距离(从叶片3的下限制部10测量)处，优选地在大约等于该高度H的65％的距离处。
在一个示例性实施例中，为了优化叶片3对大型鸟类撞击的抵抗力，第二部分16的下边缘在等于翼型件7的高度H的40％的距离处，第二部分16的上边缘在等于所述高度H的65％的距离处(这些距离从叶片3的下限制部10测量)。该示例性实施例使得能够改进叶片3在被大型鸟类侵袭的情况下的性能，而且便于该叶片的制造并限制由第二股线13具有比第一股线12更小的弹性模量而引起的额外展开。
此外，第二部分16被定位在压力侧I壁处，并且不延伸到吸力侧E壁。因此，在区域18中，第二部分16不在纤维增强件4的整个厚度上延伸，而仅在该纤维增强件的表皮处延伸。
在区域18中，然后第三部分17被定位成在第二部分16和第一部分15之间的每个点处形成界面。因此，除了在压力侧I壁处(第二部分16形成所述压力侧I壁)，第二部分16被封装在第三部分17中。因此，第三部分17：
-在第二部分16的下边缘和柄部6之间在如下部分上延伸，该部分的高度可以介于翼型件7的高度H的5％至10％之间；
-在第二部分16的上边缘和尖端11之间在如下部分上延伸，该部分的高度可以介于翼型件7的高度H的5％至10％之间的；
-在第二部分16的两侧沿前缘8和后缘9的方向在以下所述的弦长部分C上延伸，该弦长部分约为弦长C的5％；以及
-在第二部分16和吸力侧E壁之间在以下所述的厚度上延伸，该厚度(沿着垂直于堆叠轴线并且在测量点处大体上垂直于压力侧I壁的轴线的尺寸)等于纤维增强件4的总厚度的三分之一。
如图3所示，在区域18中，因此前缘8从压力侧I壁到吸力侧E壁依次包括第二部分16、第三部分17和第一部分15，这些部分15、16、17中的每一个(在垂直于与第三部分17相交的堆叠轴线Z的平面中)的厚度大体上等于纤维增强件(在该平面中)的总厚度的三分之一。
在区域19中，第二部分16以距前缘8和后缘9一距离在以下所述的弦长部分上延伸，该弦长部分介于叶片3的总弦C的10％至50％之间。优选地，弦长部分C介于叶片3的总弦C的30％至40％之间，例如约为38％。此外，第二部分16的上游限制部(前缘8侧)以距前缘8一距离延伸，该距离介于弦长C的2％至10％之间，优选地约为7％，第二部分16的下游限制部(后缘9侧)以距后缘9一距离延伸，该距离介于弦长C的10％至60％之间，优选地约为55％。
如前所述，第二部分16在叶片3的下区部中仅在翼型件7的高度H的一部分上延伸。在一个实施例中，第二部分16从柄部6延伸到以下所述的高度，该高度小于或等于翼型件7的高度H的30％。
第二部分16也被定位在吸力侧E壁处，并且不延伸到压力侧I壁。第二部分16的厚度介于纤维增强件4的厚度的10％至40％，优选地大约为总厚度的三分之一。因此，在区域19中，第二部分16不在纤维增强件4的整个厚度上延伸，而仅在该纤维增强件的表皮处延伸。
在区域19中，然后第三部分17被定位成在第二部分16和第一部分15之间的每个点处形成界面。因此，除了在吸力侧E壁(其中，第二部分16处于表皮)处，第二部分16被封装在第三部分17中。因此，第三部分17：
-在第二部分16的下边缘和根部5之间在如下部分上延伸，该部分的高度可以介于翼型件7的高度H的5％至10％之间；
-在第二部分16的上边缘和尖端11之间在如下部分上延伸，该部分的高度可以介于翼型件7的高度H的5％至10％之间；
-在第二部分16的两侧沿前缘8和后缘9的方向在以下所述的弦长部分C上延伸，该弦长部分约为弦长C的5％；以及
-在第二部分16和压力侧I壁之间在以下所述的厚度上延伸，该厚度(在垂直于与第三部分17相交的堆叠轴线Z的平面中)等于纤维增强件4的总厚度(在该平面中)的三分之一。
在区域20中，第二部分16在叶片3的堆叠轴线Z的任一点处在以下所述的弦长部分C上延伸，该弦长部分约为总弦长C的10％。
优选地，第二部分16从叶片3的尖端11延伸。理想地，为了优化叶片3对鸟类撞击的抵抗力，第二部分16大体上在叶片3的整个高度上延伸，即从叶片3的尖端11延伸到根部5(或者作为变型延伸到柄部6)。
在一个变型实施例中，为了简化叶片3的根部5/柄部6区域的认证，并且为了改进后缘9相对于所有类型的对象(大型鸟类、中型鸟类和小型鸟类)侵袭的性能，第二部分16可以仅在翼型件7的高度的一部分上延伸到下边缘，该下边缘以介于翼型件7的高度H的0％(在第二部分16在整个翼型件7上延伸的情况下)至65％之间的距离延伸。因此，区域20中的第二部分16的高度介于翼型件7的高度G的35％至100％之间。
在另一个变型实施例中，叶片3的下限制部10和第二部分16的下边缘之间的距离(沿着叶片3的堆叠轴线Z)大于翼型件7的高度H的65％。因此，第二部分16的高度小于翼型件7的高度H的35％。该第二变型实施例使得能够便于制造并限制由第二股线13的刚度小于第一股线12的刚度而引起的额外展开。然而，与第一实施例相比，后缘9相对于中型鸟类型和小型鸟类型的对象的侵袭的性能改进较小。
因此，叶片3的尺寸使得能够确定如下距离，从该距离开始第二股线13引入纤维增强件4，以将用于频率状态的必要刚度(第一股线12)和用于抵抗侵袭的断裂伸长率(第二股线13)组合。
在区域20中，第二部分16在纤维增强件4的整个厚度上延伸，从压力侧I壁延伸到吸力侧E壁。
在该区域20中，然后第三部分17被定位成在第二部分16和第一部分15之间的每个点处形成界面。因此，第三部分17从第二部分16和叶片3的尖端11延伸，在纤维增强件4的整个厚度上延伸，并且在第二部分16的下边缘和根部5之间延伸。因此，第三部分17：
-在第二部分16的下边缘和根部5之间在如下部分上延伸，该部分的高度可以介于翼型件7的高度H的5％至10％之间；
-从第二部分16沿前缘8的方向在以下所述的弦长部分C上延伸，该弦长部分约为弦长C的10％；以及
-在纤维增强件4的整个厚度上延伸。
在区域21中，第二部分16从后缘9延伸，并且在增强件4的整个厚度上、在以下所述的弦长部分上包括尖端11，该弦长部分介于叶片3的总弦C的40％至100％之间。优选地，弦C长部分介于叶片3的总弦C的40％至80％之间。
此外，第二部分16在翼型件7的高度H的5％至10％(优选地约为5％)上延伸。
在区域19中，然后第三部分17被定位成在第二部分16和第一部分15之间的每个点处形成界面。因此，第二部分16由第三部分17界定。因此，第三部分17：
-在第二部分16的下边缘和根部5之间在一部分上延伸，该部分的高度可以介于翼型件7的高度H的5％至10％之间，优选地约为5％；
-从第二部分16沿前缘8的方向在以下所述的弦C长部分上延伸，该弦长部分约为弦长C的5％；以及
-在纤维增强件4的整个厚度上延伸。
区域18-21中的第二部分16的几何形状可以是任意的。事实上，如上所述，区域18-21使得能够在可能形成薄片的区域中改变叶片3的机械性能。因此，区域18-21的几何形状可以根据测试或模拟来选择，该测试或模拟使得能够识别最有可能形成用于所考虑的纤维织构的薄片的区域。
当纤维增强件4包括区域20和21中的第二部分16和第三部分17时，那么纤维增强件包括在这些区域20、21的重叠部分中的在经线方向和纬线方向上的第三股线14。
第一股线12、第二股线13和第三股线14的体积密度的改变可以通过使股线在构成第三部分17的不同经线平面(在区域18-20中)或纬线平面(在区域21中)处连续地进入/离开预制件的编织来实现，如图4中示意性地所示。典型地，在第一部分和第二部分17之间的界面处，通过在注射之前在预制件的表面处切割第一股线12并通过同时在这些经线(相应地纬线)平面之间引入第三股线14来逐渐地移除第一股线12。同样，在第三部分和第二部分16之间的界面处，第三股线14被逐渐地移除，第二股线13同时被引入这些经线(相应地纬线)平面之间。以这种方式，第一部分15、第二部分16和中间部分16在编织过程中由单个部件形成。
对于经线股线的混合的示例性实施例，也可以参照申请人提交的文献FR 3087701。对于纬线股线(区域21)可以实施相同的操作模式。
通常，所描述的构型对于其风扇可以具有约为1.8米至3米的外径的发动机是有效的。风扇的叶片3的数量可以等于16或18。不管风扇的直径如何，风扇叶片3的数量将尽可能地减少。在不同的标准中，参数(特别是包括第二部分和第三部分的区域18、19、20和/或21)的选择将更具体地取决于风扇叶片3的性能和“侵袭的频率/尺寸”组合。事实上，对于同一发动机目标，可以在不同的侵袭情况下选择不同的频率性能或频率响应的策略，例如通过避免与发动机的能量谐波的振动交点来推回叶片3和叶片响应。例如，可以进行选择，以将交点定位在瞬时发动机速度下。
由于机械强度的附加贡献，纤维增强件4的股线的混合也使得能够拓宽设计领域。例如，与仅包含第一股线12(具有高弹性模量)的叶片33相比，可以在预制件4的前缘8处或在预制件4的后缘9处或在翼型件7的整个高度H上改进叶片3的轮廓，这使得能够优化叶片3的质量和风扇1的空气动力学性能(通过获得更薄的轮廓或通过减小轮毂比，这与减小由叶片3的质量引起的离心力有关)。

Claims (16)

1.一种涡轮机风扇叶片(3)，所述涡轮机风扇叶片包括由复合材料制成的结构，所述结构包括：通过股线的三维编织获得的纤维增强件(4)，和基体，所述纤维增强件(4)嵌入所述基体中，所述纤维增强件(4)包括彼此不同的第一部分(15)和第二部分(16)，所述纤维增强件(4)的所述股线包括由具有第一刚度的第一材料制成的第一股线(12)，以及由与所述第一材料不同的第二材料制成的第二股线(13)，所述第二材料具有小于所述第一刚度的第二刚度，所述第一部分(15)仅包括第一股线(12)，所述第二部分(16)仅包括第二股线(13)，
所述叶片(3)的特征在于，所述纤维增强件(4)还包括被定位在所述第一部分(15)和所述第二部分(16)之间的第三部分(17)，所述第三部分(17)同时包括第一股线(12)、第二股线(13)和第三股线(14)，所述第三股线(14)具有小于所述第一刚度且大于所述第二刚度的第三刚度，
并且，在所述第三部分(17)内，所述第一股线(12)的体积密度从所述第一部分(15)沿着所述第二部分(16)的方向逐渐减小，所述第二股线(13)的体积密度从所述第二部分(16)沿着所述第一部分(15)的方向逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的风扇叶片(3)，其中，所述第三部分(17)包括与所述第一部分(15)接触的第一区部、与所述第二部分(16)接触的第二部区部以及在所述第一区部和所述第二区部之间延伸的中心区部，所述第一区部没有第二股线(13)，所述第二区部没有第一股线(12)。
3.根据权利要求2所述的风扇叶片(3)，其中，所述中心区部仅包括第三股线(14)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的风扇叶片(3)，所述风扇叶片包括第一区域(18)，在所述第一区域中：
-所述第二部分(16)包括所述叶片(3)的柄部(6)和吸力侧壁(E)，达到的高度(H)介于翼型件的高度(H)的0％至30％之间，并且所述第二部分在从上游限制部和下游限制部延伸的弦(C)部分上，所述上游限制部以距所述叶片(3)的前缘(8)一距离延伸，所述距离介于弦(C)长的2％至10％之间，优选地约为7％，所述下游限制部以距所述叶片(3)的后缘(9)如下距离延伸，所述距离介于所述弦(C)长的10％至60％之间，优选地约为55％；以及
-所述第三部分(17)围绕所述第二部分(16)，同时在所述第二部分(16)的两侧在以下所述的弦(C)长部分上延伸，所述弦长部分约为所述弦(C)长的5％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的风扇叶片(3)，所述风扇叶片包括第二区域(19)，在所述第二区域中：
-所述第二部分(16)包括所述叶片(3)的前缘(8)和压力侧壁(I)，所述第二部分在介于所述叶片(3)的高度(H)的40％至65％之间的高度(H)上和介于弦(C)长的20％至40％之间，例如约为40％的弦(C)部分上延伸；以及
-所述第三部分(17)从所述前缘(8)沿所述压力侧壁(I)的方向延伸，同时在如下部分上围绕所述第二部分(16)，所述部分的长度等于所述弦(C)长的50％。
6.根据权利要求4或5所述的风扇叶片(3)，其中，所述第二部分(16)和所述第三部分(17)各自在等于所述纤维增强件(4)的厚度的三分之一的厚度上延伸。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的风扇叶片(3)，所述风扇叶片包括第三区域(20)，在所述第三区域中：
-所述第二部分(16)包括所述叶片(3)的后缘(9)，且在翼型件的高度(H)的全部或部分上和最多等于弦(C)长的10％的长度上；
-所述第三部分(17)邻接所述第二部分(16)，并且沿着所述第二部分(16)在最多等于所述弦(C)长的10％的长度上延伸；以及
-所述第二部分(16)和所述第三部分(17)各自在所述纤维增强件(4)的整个厚度上延伸。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的风扇叶片(3)，其中，所述第一股线(12)、所述第二股线(13)和所述第三股线(14)包括被分布以形成经线列的经线股线。
9.根据权利要求1至5以及7中任一项所述的风扇叶片(3)，所述风扇叶片包括第四区域(21)，在所述第四区域中：
-所述第二部分(16)包括所述叶片(3)的尖端(11)和后缘(9)，且在最多等于所述叶片(3)的高度(H)的10％的高度(H)上和介于弦(C)长的40％至100％之间的长度上；
-所述第三部分(17)从所述叶片(3)的所述尖端(11)在所述第二部分(16)的整个长度和最多等于所述叶片(3)的高度(H)的5％的高度(H)上延伸；以及
-所述第二部分(16)和所述第三部分(17)各自在所述纤维增强件(4)的整个厚度上延伸。
10.根据权利要求9所述的风扇叶片(3)，其中，所述第一股线、所述第二股线和所述第三股线(14)包括被分布以形成纬线行的纬线股线。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的叶片(3)，其中，所述纤维增强件(4)包括仅一个第一部分(15)、一个或多个第二部分以及一个或多个第三部分。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的叶片(3)，其中，所述第一股线(12)的弹性模量介于240GPa至350GPa之间，优选地大于或等于250GPa，所述第一股线(12)能够包括碳纤维。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的叶片(3)，其中，所述第二股线(13)的弹性模量介于150GPa至190GPa之间，所述第二股线(13)能够包括玻璃纤维或玄武岩纤维。
14.根据权利要求12或13所述的叶片(3)，其中，所述第三股线(14)的弹性模量介于180至250GPa之间，所述第三股线(14)能够包括芳族聚酰胺纤维。
15.一种涡轮机风扇，所述涡轮机风扇包括多个根据权利要求1至14中任一项所述的叶片(3)。
16.一种纤维增强件，所述纤维增强件用于根据权利要求1至15中任一项所述的风扇叶片。
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