[发明专利]抗冲击增强型涡轮发动机风扇叶片

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮发动机风扇叶片。

背景技术

大涵道比涡轮发动机的主要关键技术之一就是风扇叶片的设计和制造，传统的 钛合金空心风扇叶片制造由于材料性能的稳定性和工艺的复杂性，存在很大挑战。 大涵道比涡轮发动机的吸鸟适航要求也限制了在传统制造工艺下的叶片结构设计 的灵活性。

增材制造(3D打印)技术的日趋成熟，形状精度、表面质量、以及机械性能 和工艺稳定性等瓶颈均已突破，使得通过增材制造技术加工风扇叶片成为可能。基 于增材制造可以多种材料融合、内部结构形式设计灵活的特点，可以在最大限度的 减轻叶片重量的前提下，通过叶片前缘加强结构设计，有效提高叶片的抗冲击能力。

专利文献US2010232974A1提供的叶片前缘结构包括纵向和横向吸能弹性元 件结构，所针对的风扇叶片设计方案是复合材料叶片，因为复合材料基体抗冲击性 能差，所以复合材料叶片设计方案一般都需要包含叶片前缘加强边结构，但该类型 的结构和加工工艺方法都不适用于金属叶片。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗冲击增强型涡轮发动机风扇叶片，其叶片前缘能 吸收冲击能量、减小鸟体对叶片前缘冲击产生的损伤，增强叶片整体的抗冲击效果。

为实现所述目的的抗冲击增强型涡轮发动机风扇叶片，包括叶片本体和前缘增 强结构，其特点是，叶片本体和前缘增强结构是由增材制造工艺一体成型的一体件， 叶片本体为金属叶片，前缘增强结构的材料采用高强金属材料，前缘增强结构包括 在叶片本体的前缘侧沿整个纵向长度方向向外扩展的弹性的层状结构，前缘增强结 构和金属叶片的前缘之间采用对金属叶片的材料和前缘增强结构都具有亲和性的 中间材料进行过渡。

所述的风扇叶片，其进一步的特点是，所述高强金属材料为GH4169。

所述的风扇叶片，其进一步的特点是，所述叶片本体的材料采用钛合金。

所述的风扇叶片，其进一步的特点是，所述层状结构的至少部分层沿弹性方向 的横截面为起伏延伸的波浪形。

所述的风扇叶片，其进一步的特点是，所述层状结构的至少部分层的弹性方向 为叶片本体前缘的纵向或横向或者纵向至横向之间的方向。

所述的风扇叶片，其进一步的特点是，所述层状结构包括分别自叶片本体前侧 向外扩展的第一层弹性元件和中间层以及第二层弹性元件，中间层位于第一层弹性 元件、第二层弹性元件之间。

所述的风扇叶片，其进一步的特点是，上层弹性元件的弹性方向在叶片本体的 纵向或横向或者纵向至横向之间的方向。

所述的风扇叶片，其进一步的特点是，上层弹性元件和下层弹性元件以中间层 为中心对称设置。

所述的风扇叶片，其进一步的特点是，所述层状结构的各层为空心结构。

所述的风扇叶片，其进一步的特点是，叶片本体的前缘与所述层状结构的交界 面为直角过渡。

传统涡轮发动机风扇叶片结构设计方案，叶片重量大，难以大涵道比涡轮发动 机满足风扇叶片设计要求。基于扩散连接/超塑成形工艺的空心风扇叶片设计方案， 会导致不同程度的抗飞鸟等外物冲击性能下降，且结构优化空间受加工工艺的制 约。本发明在叶片前缘采用高强金属材料和吸能弹性结构设计，减小鸟体对叶片前 缘的损伤，吸收冲击能量，增强叶片整体的抗冲击效果；前缘增强结构的弹性吸能 方向可根据叶片设计要求(尺寸、叶型特征)灵活选择，本发明能解决前述两类技 术不能解决的问题。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的 描述而变得更加明显，其中：

图1为本发明一实施例中抗冲击增强型涡轮发动机风扇叶片的俯视图；

图2为图1中抗冲击增强型涡轮发动机风扇叶片的主视图；

图3为本发明另一实施例中抗冲击增强型涡轮发动机风扇叶片的俯视图；

图4为图3中抗冲击增强型涡轮发动机风扇叶片的主视图；

图5为图2中A处局部放大的立体图。

图6为图4中B处局部放大的立体图。

具体实施方式