CN117940273A - 包括金属增强件的由复合材料制成的轮叶及制造这种轮叶的方法 - Google Patents

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杰罗姆·奥尔哈格雷
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Abstract

本发明涉及一种用于制造用于涡轮机的由复合材料制成的轮叶(100)的方法，该方法包括以下步骤：‑进行三维纤维编织以及制造纤维预制件(100’)，‑通过将金属增强件(130)集成在预制件的用于形成轮叶的叶片的前缘的边缘(108’)上，来对预制件(100’)的边缘(108’)进行增强，‑将预制件(100’)和增强件(130)安装在模具中，‑通过基体对预制件(100’)进行致密化以形成轮叶(100)，其中，在集成增强件(130)之前，该方法包括引入至少一个增强支撑件(140)的步骤，该增强支撑件被构造成插入在增强件(130)与边缘(108’)之间，其中，在致密化步骤，支撑件(140)被基体包封从而以预定的且均匀的最小厚度对边缘(108’)和增强件(130)进行粘合。

Description

包括金属增强件的由复合材料制成的轮叶及制造这种轮叶的 方法
技术领域
本发明涉及用于涡轮机(特别是用于飞行器的涡轮机)的由复合材料制成的轮叶的领域，更具体地，涉及由复合材料制成的这种轮叶的机械强度的提高。
背景技术
现有技术特别包括文献FR-A1-3102086、US-A1-2021/010377、US-A1-2009/074586、EP-A1-3486432以及US-A1-2007/092379。
已知涡轮机(特别是双流式涡轮机)包括根据气体在涡轮机中的流通而布置在气体发生器上游的风扇。气体发生器被容纳在内环形壳体中，而风扇被容纳在外环形壳体中并且通常固定到短舱。风扇产生主流或热流以及次级流或冷流，主流或热流在穿过气体发生器的主通道中流通，次级流或冷流在围绕气体发生器的次级通道中流通。
这些主通道和次级通道由设置有分流鼻状部的环形通道间壳体分隔开。风扇包括风扇轮叶，每个风扇轮叶具有面对外壳体的自由端部，以压缩至少在次级通道中并且优选地还在主通道中的入射空气流。
典型地，在风扇的下游，次级通道包括定子轮叶级，定子轮叶也被称为整流轮叶或出口引导轮叶(Outlet Guide Vane，OGV)。这些OGV轮叶在风扇轮叶的下游围绕风扇的旋转轴线均匀分布，并且从风扇的旋转轴线径向地布置。OGV轮叶的功能是将在风扇轮叶的出口处的流整流到涡轮机的次级流中。
OGV轮叶形成固定轮叶排，固定轮叶排使得能够引导流以适当的速度和角度穿过涡轮机。
图1示出了包括叶片12的OGV轮叶10，叶片具有在前缘14与后缘16之间延伸的拱腹面18和拱背面28。OGV轮叶的纵向端部连接到以下平台：OGV间平台20，OGV间平台装配在叶片12的径向外端部并且布置在该OGV轮叶与相邻OGV轮叶之间；以及平台22，平台22被装配到叶片12的径向内端部并且连接环形内壳体的毂部24。
OGV轮叶可以由金属或复合材料(特别地为了减轻重量)制成，复合材料例如为有机基体复合材料(matériau compositeàmatrice organique，CMO)。
常用的复合材料包括嵌入在聚合树脂中的纤维预制件。纤维预制件可以是三维(3D)编织的结果，或者可以通过立体裁剪和叠置多个层/多个板层(多层)来获得。树脂可以被注射到纤维预制件中，或者纤维预制件可以用树脂进行预先浸渍(也被称为“预浸渍”)。
用于制造复合材料OGV轮叶的一种已知的制造方法是树脂传递模塑(ResinTransfer Molding，RTM)液体树脂注射模塑方法。这包括制造纤维预制件，然后将该预制件布置在模具中，并且用聚合物基体对纤维预制件进行致密化(包括用树脂对纤维预制件进行浸渍并使树脂聚合以获得最终部件)。
此外，为了保护前缘免受由与外来体发生冲击导致的侵蚀磨损和/或损坏，前缘被保护性护罩或金属增强件30覆盖。呈金属(例如镍钴合金或钛合金)箔形式的增强件30被共注射到叶片12的前缘14的一部分。更具体地，增强件30通过粘合来组装并附接到纤维预制件的边缘，该纤维预制件的边缘被构造成形成OGV轮叶的前缘14。为此，纤维预制件的边缘或金属增强件30涂覆有黏合剂40的条状部，然后金属增强件30被组装在OGV轮叶的纤维预制件的边缘上(图2a)。然后组件被布置在模具中并经受热处理。注射的树脂对纤维预制件进行浸渍并与金属增强件发生接触以确保金属增强件在聚合和固化之后固定到预制件。
然而，使用呈条状部或膜的形式的黏合剂以将金属部件接合到纤维基体会在制造操作中产生问题，例如：
-黏合剂在室温下的使用寿命仅限于几天，并且因此必须在-18℃以下的温度下储存，
-将黏合剂布置在纤维预制件的边缘和金属增强件之间特别地对于OGV轮叶的复杂几何形状(尺寸和形状)可能是复杂的，
-为了确保黏合剂与树脂之间的良好内聚力，阶段固化(或加热)周期是必要的；第一阶段的温度介于100℃至160℃之间，特别地，为了使树脂交联，第二阶段的温度为180℃(图2b)，
-固化周期不符合要求的风险，以及因此的不符合要求的组件报废的风险，以及
-黏合剂是昂贵的材料。
黏合剂性能取决于黏合剂的化学性质、使用的基材、表面处理以及黏合剂厚度。在以上描述的用于制造OGV轮叶的方法的共注射中使用的树脂与目前使用的黏合剂具有大致相同的化学性质。
为了改进用于制造轮叶的方法，已经尝试使用聚合树脂50将金属增强件30直接粘合到纤维预制件的前缘14。然而，在没有黏合剂的情况下，通过树脂50在金属增强件30与前缘14之间进行粘合是不均匀的。参照图3，在组件界面上观察到了不同厚度的树脂，特别地，在前缘14与金属增强件30之间的一些界面区域Z1上不存在树脂，而在组件的其他界面区域Z2上存在过量的树脂。这种不均匀的结构局部地改变了机械性能并削弱了粘合性能。因此，树脂粘合不充分，并且这可能导致金属增强件/轮叶前缘组件的过早失效。
因此，需要提供一种使得能够提高金属增强件与复合材料轮叶的叶片的前缘的粘合质量的制造方法。
发明内容
本发明针对现有技术的上述缺点提供了一种简单、有效且经济的解决方案。
为此，本发明涉及一种用于制造用于涡轮机的由复合材料制成的轮叶的方法，所述涡轮机特别是飞行器涡轮机，所述轮叶包括具有拱腹面拱背面的叶片，拱腹面和拱背面在前缘与后缘之间延伸，该方法包括以下步骤：
-对纤维进行三维的编织，以制造纤维预制件，
-通过将金属增强件集成在预制件的用于形成叶片的前缘的边缘上，来对所述预制件的所述边缘进行增强，
-将纤维预制件和金属增强件组装在模具中，
-通过基体对纤维预制件进行致密化以形成复合材料轮叶。
根据本发明，在集成金属增强件之前，该方法包括将至少一个增强支撑件引入到纤维预制件的边缘上的步骤，所述增强支撑件被构造成插入在金属增强件与纤维预制件的所述边缘之间。
根据本发明，在致密化步骤中，所述增强支撑件被基体包封从而以预定的且均匀的最小厚度对纤维预制件的边缘和金属增强件进行粘合。
增强支撑件使得纤维预制件的边缘和金属增强件能够以预定的最小厚度有效地粘合，该最小厚度可以在组件的界面处大致恒定且均匀。“均匀的”或“恒定的”厚度是指当金属增强件以最小厚度粘合到轮叶叶片的前缘时构成元件均一且规则地分布。该最小厚度可以根据在制造方法中所使用的进行粘合的构成元件的类型来预定。进行粘合的构成元件包括聚合树脂(或致密化基体)和增强支撑件。
增强支撑件有具有预定厚度的大致平坦的形状。在致密化步骤期间，聚合树脂硬化以覆盖增强支撑件并固定组件(即金属增强件和纤维预制件的边缘)。这样，在金属增强件与纤维预制件之间可以不存在直接接触(例如以上提到的无树脂区域Z1)。这限制了在运行期间在机械应力期间裂纹的扩展，并且防止了在轮叶的前缘处金属增强件的局部的或完全的破裂或分离。这极大地优化了粘合的组件的机械性能。
因此，使用本发明所描述的方法的粘合是通过对固定组件所需的最小厚度和粘合的组件中的裂纹扩展进行控制来实现的。这样，金属增强件与轮叶叶片的前缘之间的粘合质量(在不存在黏合剂的情况下)得到了显著增强。
此外，根据本发明的方法还具有许多优点，例如：
-消除了在纤维预制件的边缘与金属增强件之间添加黏合剂的步骤，
-消除了在对金属增强件进行粘合之前对纤维预制件的边缘进行机加工的最终步骤，
-消除了操作者为了将金属增强件粘合到致密化的纤维预制件的边缘而进行的手动匹配的步骤，
-消除了对于每个新的轮叶组件的黏合剂固化步骤，黏合剂固化步骤现在与树脂固化步骤同时进行，
-减少了在致密化步骤期间的树脂交联时间，以及
-适用于复合部件与金属部件的任何类型的组件。
本发明可以包括被单独地采用的或被彼此组合地采用的以下特征中的一项或多项：
-致密化步骤包括用树脂对纤维预制件进行浸渍并通过热处理将树脂转变成基体，
-树脂在致密化步骤之前注射到纤维预制件中，或者在制造纤维预制件的步骤中用树脂对纤维预制件进行预先浸渍，
-预制件的边缘包括通过脊状部连接在一起的拱腹壁和拱背壁，所述增强支撑件覆盖所述拱腹壁和拱背壁的至少一部分，直到纤维预制件的边缘的脊状部，
-增强支撑件由金属材料制成，金属材料例如为铜或铝，或者增强支撑件由纤维材料制成，纤维材料例如为尼龙66纤维、聚酯纤维或玻璃纤维，
-纤维材料是编织的、非编织的或交织的，
-增强支撑件的最小厚度为50μm，优选地，该厚度介于50μm至600μm之间，
-在致密化步骤结束时，增强支撑件的最大杨氏模量为2500MPa，优选地，杨氏模量介于1000MPa至2000MPa之间，例如为1300MPa，
-树脂由热固性材料或热塑性材料制成，热固性材料或热塑性材料例如基于环氧树脂、聚环氧物、聚酰亚胺、聚双马来酰亚胺、聚氨酯、聚酯或乙烯基酯，
-在致密化步骤中，树脂包封并穿过由纤维材料制成的增强支撑件，
-在致密化步骤中，树脂包封了由金属材料制成的增强支撑件，
-致密化步骤通过包括单个温度升高阶段的固化周期进行，所述单个温度升高阶段例如处于180℃的温度。
本发明还涉及一种用于涡轮机的由复合材料制成的轮叶，该涡轮机特别是用于飞行器的涡轮机，轮叶通过根据本发明的制造方法来制造。
本发明还涉及一种用于无护罩式风扇(被称为“螺旋桨风扇”或“开式转子”)或带护罩式风扇的由复合材料制成的轮叶，该无护罩式风扇或带护罩式风扇特别是用于飞行器的无护罩式风扇或带护罩式风扇，轮叶通过根据本发明的制造方法来制造。
通过本发明的方法获得的由复合材料制成的轮叶也可以是压缩机或涡轮机涡轮的定子轮叶，其中，金属增强件可以是固定到轮叶的任何区段(即，固定到轮叶的前缘的相似的或不同的区段)的金属部件。
本发明还涉及一种涡轮机，该涡轮机特别是用于飞行器的涡轮机，该涡轮机包括根据本发明的由复合材料制成的轮叶。
涡轮机可以是飞行器涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机或涡轮轴发动机。
附图说明
通过以非限制性示例的方式并且参照附图做出的以下描述，本发明将被更好地理解，并且本发明的其它细节、特征以及优点将变得更清楚，在附图中：
[图1]图1是风扇的轮叶的示意性透视图，该轮叶包括根据现有技术的金属增强件，
[图2a]图2a是具有图1的黏合剂的、金属增强件和轮叶的前缘的组件的一部分的示意性分层视图，
[图2b]图2b是图2a所示的组件的根据时间的固化曲线的示意图，
[图3]图3是根据现有技术的在轮叶的前缘上的具有聚合物树脂的金属增强件的组件的层的示意图，
[图4]图4是根据本发明的包括金属增强件的复合材料轮叶的示意性透视图，
[图5]图5是图4中的轮叶的前缘在平面Y中的示意性横截面，
[图6]图6示出了多种类型的粘合密封体根据厚度的杨氏模量变化的曲线，
[图7a]图7a示出了对于不同厚度的粘合密封体的法向应力/应变曲线，
[图7b]图7b示出了对于不同厚度的粘合密封体的切向应力/应变曲线，
[图8]图8是用于制造在图4中示出的轮叶的方法的流程图，
[图9a]图9a是根据本发明的一个实施例的在轮叶的前缘上的具有纤维增强支撑件和固化聚合物树脂的金属增强件的组件在平面Y中的局部示意性横截面视图，以及
[图9b]图9b是图9a所示的组件的根据时间的固化曲线的示意图。
在不同的实施例中具有相同功能的元件在附图中具有相同的附图标记。
具体实施方式
通常，在以下描述中，术语“纵向”和“轴向”指的是沿纵向轴线的方向延伸的结构元件的定向。术语“径向”或“竖直”指的是沿着与纵向轴线的方向垂直的方向延伸的结构元件的定向。术语“内”和“外”以及“内部”和“外部”参照相对于纵向轴线的定位使用。因此，沿着纵向轴线延伸的结构元件包括面对纵向轴线的内表面以及与结构元件的内表面相对的外表面。
上文已经描述了图1至图3。
本发明总体上适用于由复合材料制成的任何部件，其中，纤维预制件的一部分在没有黏合剂的情况下附接到金属部件。
以下在本申请的内容中，本申请将被描述为涉及用于涡轮机(特别是用于飞行器的涡轮机)的由复合材料制成的轮叶，例如涡轮机风扇的OGV轮叶。
参照图4，OGV轮叶100沿着伸长轴线X延伸。该轴线X可以相对于涡轮机的纵向轴线(图中未示出)大致垂直(径向)或倾斜。轮叶100包括叶片102，叶片一方面沿着轴线X延伸，另一方面沿着轴线Y延伸。该轴线Y大致垂直于轴线X并且平行于涡轮机的纵向轴线。叶片102可以具有空气动力学轮廓结构以形成轮叶100的空气动力学部分。叶片102包括在前缘108与后缘110之间延伸的拱腹面104和拱背面106。叶片102在叶片的前缘108与叶片的后缘110之间具有厚度可变的弯曲轮廓。轮叶100的纵向端部被连接到平台120、122，平台120、122分别装配到叶片102的径向外端部和叶片102的径向内端部，如以上参照图1描述的。
轮叶100还包括呈金属箔形式的增强件或护罩130以保护前缘108。该增强件130使用以下描述的方法粘合到叶片102的前缘108。金属增强件130从叶片102的前缘108在拱腹面104的拱腹壁114和拱背面106的拱背壁116的高度上(相对于轴线X)以及长度的区段上(相对于轴线Y)延伸。
参照图5，金属增强件130为具有“V形”或“U形”横截面(相对于轴线X)的大致细长形状。增强件130覆盖前缘108的拱腹壁114和拱背壁116以及将拱腹壁114和拱背壁116接合在一起的脊状部或鼻状部118。
本发明的特殊特征中的一个是至少一个增强支撑件140被插入在金属增强件130与叶片102的前缘108之间。如下所描述的，该增强支撑件140被构造成在没有黏合剂的情况下将叶片102的前缘108粘合到金属增强件130。
有利地，增强支撑件140至少部分地覆盖叶片102的前缘108的拱腹壁114和拱背壁116。增强支撑件140可以不覆盖叶片102的前缘108的脊状部118。在图5所示的示例中，固化的聚合树脂150覆盖增强支撑件140和脊状部118，以将金属增强件130固定到轮叶100的复合叶片102的前缘108。
增强支撑件140可以由金属材料(例如铜或铝)制成。金属增强支撑件140还可以具有其他次级功能，例如除冰。
增强支撑件140可以由纤维材料(例如尼龙66纤维、聚酯纤维或玻璃纤维)制成。纤维增强支撑件140可以是编织的、非编织的或交织的。
根据本发明的优选实施例，增强支撑件140由纤维材料(特别是基于尼龙66)制成，这具有以下优点：
-局部保留最小的粘合密封体(即聚合物树脂)，
-用树脂对纤维增强支撑件中的空的空间进行浸渍(图9a)，
-对密封体中的载荷进行最优分配，
-适应于OGV轮叶的复杂几何形状，
-具有一定的柔性(由于纤维的尺寸)以便于操作者操作，以及
-对粘合组件界面处的裂纹扩展进行稳定。
申请人已经进行了实验以检测用于将金属增强件和轮叶叶片的前缘粘合到增强支撑件的参照密封体(例如环氧基树脂)的固有特性。这种检测可以使用各种测试(例如改进的SCARF测试、厚粘附体剪切测试(Thick Adherend Shear Test，TAST)、改进的ARCAN等)来进行以表征密封体的机械性能。
特别地，申请人实施了使用改进的45°SCARF测试样品的测试以实验表征密封体在多种应力模式下的强度和机械行为。金属部件和复合部件被邻接粘合到参照密封体和经处理的密封体，密封体以45°的角度倾斜以使得能够多轴施载。例如，密封体可以通过打磨、激光处理、化学处理(例如OAP)等进行处理。在图6所示的示例中，密封体用OAP、铝激光或钛激光表面处理来进行处理。然后测量在从0.20mm至1.00mm的各种密封体厚度值的情况下的杨氏模量。图6示出了杨氏模量值根据密封体厚度的线性曲线。图6中的杨氏模量可以用兆帕(MPa)来测量和表示。图6中的结果示出杨氏模量随着密封体的厚度的增大而增大。特别地，厚度越大，密封体的杨氏模量越倾向于值B，值B被称为常规黏合剂的“主体(Bulk)”(或聚集体(masse))值。在图6所示的示例中，对于0.20mm至1.00mm的厚度，黏合剂的主体值约为2500MPa。根据所使用的黏合剂的类型，该主体值可能不同。
图7a示出了厚度为200μm、400μm和600μm的粘合密封体的法向拉伸(应力/应变)曲线，图7b示出了厚度为200μm、400μm和600μm的密封体的切向拉伸曲线。在图7a和图7b中，法向应力和切向应力可以用兆帕(MPa)来测量和表示，密封体的(机械)形变可以由以毫米(mm)表示的长度测量值来确定。可以看到，法向失效应力和切向失效应力随着密封体厚度的增大而降低。粘合密封体越厚，粘合密封体越脆弱。
术语“粘合密封体”或“密封体”是指用于对金属支撑件和纤维预制件的边缘进行固定的聚合物树脂。
从图6、图7a和图7b中的结果，可以推断出与常规参照黏合剂相比，密封体(或增强支撑件)具有最佳机械性能(特别是杨氏模量和厚度)。粘合密封体的机械性能也可以与粘合组件中的增强支撑件的厚度相关。
因此，优选地，增强支撑件140被选择成在与黏合剂的“主体”值对应的阈值以下。增强支撑件140(特别是在粘合组件中(或者在以下描述的制造方法的致密化步骤S50结束时))可以具有2500MPa的最大杨氏模量。有利地，杨氏模量介于1000MPa至2000MPa之间。作为示例，增强支撑件140的杨氏模量约为1300MPa。特别地，增强支撑件140的这些杨氏模量值对应于与金属增强件130相关联的在不同厚度下的增强支撑件140的杨氏模量值。
增强支撑件140可以具有50μm的最小厚度E，其中，厚度E是沿着轴线X测得的。该值是实验测得的，并且对应于获得组件的充分粘合所需的最小厚度。优选地，厚度E介于50μm至600μm之间。
本申请现在描述用于制造OGV轮叶100的方法，例如，在图8中总结了该方法的相继的步骤。
根据本发明，该方法包括以下步骤：
(S10)进行三维纤维编织以制造纤维预制件100’，特别地，纤维预制件被构造成形成轮叶100的叶片102，
(S20)将至少一个增强支撑件140插入在纤维预制件100’的边缘108’上，该边缘108被构造成形成叶片102的前缘108，
(S30)通过将金属增强件130集成在纤维预制件的边缘108’上来对纤维预制件100’的边缘108’进行增强，
(S40)将组件(纤维预制件100’、增强支撑件140以及金属增强件130)安装在模具中，
(S50)通过基体对纤维预制件100’进行致密化以形成复合材料轮叶100。
在步骤(S10)中，纤维预制件100’可以一体地编织(即，形成一体的材料件)。纤维预制件100’可以由碳纤维、陶瓷(例如碳化硅)纤维、玻璃纤维或芳族聚酰胺纤维编织而成。
纤维预制件100’也可以用聚合树脂150进行预浸渍。该树脂150可以由热固性材料或热塑性材料(例如基于环氧树脂、聚环氧物、聚酰亚胺、聚双马来酰亚胺、聚氨酯、聚酯或乙烯基酯)制成。作为示例，环氧基树脂是商用环氧PR-250或PR-2896。
有利地，增强支撑件140直接地且至少部分地布置在纤维预制件100’的边缘108’的拱腹壁114和拱背壁116上。在图5所示的示例中，增强支撑件140从边缘108’的拱腹壁114的端部和拱背壁116的端部延伸直到边缘108’的脊状部118。该脊状部118与壁114、116的端部相对。由于边缘的脊状部在粘合的机械强度中不起作用(或作用非常小)，因此边缘108’的脊状部118未被增强支撑件140覆盖。因此，脊状部118的小尺寸和紧凑的弧形形状(曲率通常小于2mm)足以单独用聚合物树脂进行粘合。
在步骤(S30)中，因此增强支撑件140被插入在纤维预制件100’的边缘108’与金属增强件130之间。参照图9a，树脂150也被浸渍到由纤维材料制成的增强支撑件140的空的空间中。
在步骤(S40)中，布置在模具中的组件可以用呈最终模制部件的形状的容纳部进行密封。
特别地，对纤维预制件100’进行致密化的步骤(S50)包括用构成基体的材料(即聚合物树脂)来填充纤维预制件100’中的以及当增强支撑件由纤维材料制成时增强支撑件140中的、在纤维预制件100’和增强支撑件140的全部或部分体积中的空隙。
基体可以使用液体方法(例如RTM树脂传递模塑法)获得。
液体方法包括用液体组合物对纤维预制件进行浸渍，液体组合物包含基体的材料的有机前驱体。有机前驱体通常呈聚合物(例如聚合树脂150)的形式，可选地，聚合物被稀释在溶剂中。然后，如果纤维预制件100’未用树脂150进行预浸渍，则将树脂150注射到模具的容纳部中，以对预制件100’和增强支撑件140(当增强支撑件由纤维材料制成时)的整个纤维部分进行浸渍。通常在树脂注射点与树脂排放孔口之间的该内部空间中建立压力梯度，以控制和优化树脂对预制件的浸渍。
树脂的转变(即树脂的聚合)可以通过热处理(通常通过加热或固化模具)来进行，在消除任何溶剂和聚合物的交联之后，预制件仍然保持在具有与待制造的部件的形状对应的形状的模具中。树脂的温度等级和/或化学性质的选择由部件必须经受的热机械应力决定。
当温度升高以使树脂聚合成基体时，树脂150覆盖增强支撑件140以硬化并在纤维预制件100’与金属增强件130的界面处形成牢固的连接。特别地，树脂150包封了由金属材料制成的增强支撑件140，或者树脂150包封并穿过由纤维材料制成的增强支撑件140，使得所形成的基体粘合了预制件100’的边缘108’以及具有均匀厚度的金属增强件140。
根据本发明的方法使得能够特别地在包括处于180℃的单个加热阶段的固化周期中(图9b)对被插入在金属增强件130与纤维预制件100’的边缘108’之间的增强支撑件140进行共模加工(并且当纤维预制件未用聚合物树脂进行预浸渍时还进行共注射)。“共模加工”或“共注射”是指用于在制造方法中同时对多个部件进行模制或同时注射材料的单个步骤。
在将树脂150转变成基体的步骤(S50)之后，可以对所形成的轮叶100进行脱模。
在进一步的步骤中，可以对轮叶进行裁剪以移除多余的树脂并形成轮叶的最终轮廓。
然而，本发明不限于涡轮机风扇的OGV轮叶，并且可以应用于涡轮机的其他带护罩(风扇)轮叶或无护罩(螺旋桨)轮叶、以及固定轮叶或可移动轮叶。

Claims (14)

1.一种用于制造用于涡轮机的由复合材料制成的轮叶(100)的方法，所述涡轮机特别是用于飞行器的涡轮机，所述轮叶包括具有拱腹面(104)和拱背面(106)的叶片(102)，所述拱腹面和所述拱背面在前缘(108)与后缘(110)之间延伸，所述方法包括以下步骤：
-对纤维进行三维的编织(S10)，以制造纤维预制件(100’)，
-通过将金属增强件(130)集成在所述预制件(100’)的用于形成叶片(102)的前缘(108)的边缘(108’)上，来对所述预制件(100’)的所述边缘(108’)进行增强(S30)，
-将所述纤维预制件(100’)和所述金属增强件(130)组装(S40)在模具中，
-通过基体对所述纤维预制件(100’)进行致密化(S50)以形成由复合材料制成的轮叶(100)，
其特征在于，在增强步骤(S30)之前，所述方法包括将至少一个增强支撑件(140)引入到所述纤维预制件(100’)的边缘(108’)上的步骤(S20)，所述增强支撑件(140)被构造成插入在所述金属增强件(130)与所述纤维预制件(100’)的所述边缘(108’)之间，并且在致密化步骤(S50)中，所述增强支撑件(140)被所述基体包封从而以预定的且均匀的最小厚度对所述纤维预制件(100’)的边缘(108’)和所述金属增强件(130)进行粘合。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述致密化步骤(S50)包括用树脂(150)对所述纤维预制件(100’)进行浸渍并通过热处理将所述树脂(150)转变成基体。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其中，所述树脂(150)在所述致密化步骤(S50)之前注射到所述纤维预制件(100’)中，或者在编织步骤(S10)中用所述树脂(150)对所述纤维预制件(100’)进行预先浸渍。
4.根据权利要求2或3所述的制造方法，其中，所述树脂(150)由热固性材料或热塑性材料制成，所述热固性材料或热塑性材料例如基于环氧树脂、聚环氧物、聚酰亚胺、聚双马来酰亚胺、聚氨酯、聚酯或乙烯基酯。
5.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中，所述纤维预制件(100’)的边缘(108’)包括通过脊状部(118)连接在一起的拱腹壁(114)和拱背壁(116)，所述增强支撑件(140)覆盖所述拱腹壁(114)和拱背壁(116)的至少一部分，直到所述纤维预制件(100’)的边缘(108’)的脊状部(118)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中，所述增强支撑件(140)由金属材料制成，所述金属材料例如为铜或铝。
7.根据前一项权利要求所述的制造方法，其中，在所述致密化步骤(S50)中，所述树脂(150)包封了由金属材料制成的增强支撑件(140)。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的制造方法，其中，所述增强支撑件(140)由纤维材料制成，所述纤维材料例如为尼龙66纤维、聚酯纤维或玻璃纤维。
9.根据前一项权利要求所述的制造方法，其中，在所述致密化步骤(S50)中，所述树脂(150)包封并穿过由纤维材料制成的增强支撑件(140)。
10.根据权利要求8或9所述的制造方法，其中，所述纤维材料是编织的、非编织的或交织的。
11.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中，所述增强支撑件(140)的最小厚度E为50μm，优选地，所述厚度E介于50μm至600μm之间。
12.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中，在所述致密化步骤(S50)结束时，所述增强支撑件(140)的最大杨氏模量为2500MPa，优选地，所述杨氏模量介于1000MPa至2000MPa之间，例如为1300MPa。
13.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中，所述致密化步骤(S50)通过包括单个加热阶段的固化周期进行，所述单个加热阶段例如处于180℃的温度。
14.一种用于涡轮机的由复合材料制成的轮叶(100)，所述涡轮机特别是用于飞行器的涡轮机，所述轮叶通过根据前述权利要求中任一项所述的制造方法来制造。
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